New York, NY — 10 juli 2020 — Respiratory disease is de derde belangrijkste doodsoorzaak wereldwijd, en longtransplantatie is nog steeds de enige remedie voor patiënten met longziekte in het eindstadium. Ondanks de vooruitgang op dit gebied blijft longtransplantatie beperkt door de lage beschikbaarheid van gezonde donororganen, en de meeste donorlongen kunnen niet worden gebruikt vanwege ernstige maar mogelijk omkeerbare verwondingen. Momenteel wordt een methode die bekend staat als ex vivo longperfusie (EVLP) gebruikt om longondersteuning buiten het lichaam te bieden en donorlongen van marginale kwaliteit te herstellen vóór transplantatie. EVLP biedt echter slechts een beperkte duur van zes tot acht uur ondersteuning – een tijd die te kort is om de meerderheid van ernstig beschadigde donorlongen te herstellen.
een multidisciplinair team van Columbia Engineering en Vanderbilt University heeft nu aangetoond dat ernstig gewonde donorlongen die zijn geweigerd voor transplantatie buiten het lichaam kunnen worden teruggevonden door een systeem dat gebruik maakt van de kruiscirculatie van volbloed tussen de donorlongen en een gastheer van een dier. Voor het eerst werd een ernstig gewonde menselijke long die niet kon herstellen met behulp van de standaard klinische EVLP met succes hersteld gedurende 24 uur op het cross-circulation platform van het team. De studie wordt vandaag gepubliceerd in Nature Medicine.de onderzoekers, onder leiding van Gordana Vunjak-Novakovic, Professor aan de universiteit en Professor van de Mikati Foundation in de biomedische technologie en Medische Wetenschappen aan Columbia Engineering, en Matthew Bacchetta, chirurgisch directeur van het Vanderbilt Lung Institute, schreven de verwezenlijking van hun belangrijke mijlpaal toe aan het fysiologische milieu en de systemische Regulatie die hun unieke platform biedt aan de uitgelichte menselijke longen.
“Het is de voorziening van intrinsieke biologische herstelmechanismen gedurende een lange periode die ons in staat stelde om ernstig beschadigde longen te herstellen die anders niet gered kunnen worden,” zei de hoofdauteurs van de studie, Ahmed Hozain (surgical research fellow bij Columbia Engineering) en John O ‘ Neill (adjunct associate research scientist bij Columbia Engineering).
de afgelopen acht jaar hebben de onderzoekers hun radicaal nieuwe methode ontwikkeld om meer longen te bieden aan patiënten die dringend orgaantransplantatie nodig hebben. In 2017 demonstreerden ze de haalbaarheid van cross-circulation ondersteuning van hele longen buiten het lichaam. In 2019 demonstreerden ze de werkzaamheid van kruiscirculatie door zwaar beschadigde varkenslongen te regenereren, en in 2020 verlengden ze met succes de duur van kruiscirculatieondersteuning tot een ongekende vier dagen.
nu, in dit nieuwe artikel, toont het team aan dat uitgerangeerde menselijke longen, die al geweigerd werden voor transplantatie, kunnen worden teruggevonden op hun cross-circulation platform, dat met succes de longintegriteit handhaafde en resulteerde in functioneel longherstel. Gedurende de 24 uur van de kruiscirculatie, zag het team aanzienlijke verbeteringen van de levensvatbaarheid van cellen, weefselkwaliteit, ontstekingsreacties en-het belangrijkste-ademhalingsfunctie.
” We waren in staat om een donorlong te herstellen die niet kon herstellen op het klinische ex vivo longperfusie systeem, dat de huidige standaard van zorg is. Dit was de meest rigoureuze validatie van onze cross-circulation platform tot nu toe, waaruit grote belofte voor de klinische nut, ” vunjak-Novakovic zei.
deze specifieke donorlong vertoonde aanhoudende zwelling en vochtophoping die niet kon worden opgelost, en het werd geweigerd voor transplantatie door meerdere transplantatiecentra en uiteindelijk aangeboden voor onderzoek. Tegen de tijd dat het team deze long kreeg, had het twee periodes van koude ischemie ervaren die in totaal 22,5 uur bedroegen, plus vijf uur klinische EVLP-behandeling. Opmerkelijk, na 24 uur op kruiscirculatie, vertoonde de long functioneel herstel. Vunjak-Novakovic merkte op dat de omvang en het profiel van hun multi-institutioneel onderzoeksteam–25 onderzoekers met expertise in bio-engineering, chirurgie, immunologie, stamcellen en verschillende klinische disciplines–de complexiteit van dit translationele project weerspiegelt. Zachary Kon, Director of Lung Transplantation Program, NYU Langone Health, die niet betrokken was bij het onderzoek, zei: “Als longtransplantatiechirurg heb ik veel patiënten gezien die geen longtransplantaties kregen die ze zo hard nodig hadden. Ik vind dit werk intrigerend en hoop dat deze technologie meer donorlongen beschikbaar maakt.”
de onderzoekers benadrukken dat er meer werk moet worden gedaan voordat kruiscirculatie een klinische realiteit kan worden. Voor de klinische toepassing van het cross-circulation platform stellen zij twee klinische scenario ‘ s voor voor de toepassing van het cross-circulation platform, die zij van plan zijn na te streven. Een benadering is om de methode die in deze nieuwe studie is aangetoond, met de menselijke donor long hersteld door “xenogene” kruiscirculatie met een medisch-grade, pathogeen-vrije dierlijke gastheer direct te vertalen. Hiertoe moeten de veiligheid, haalbaarheid, risicoprofielen en resultaten van xenogene kruiscirculatie in grote aantallen longen worden geëvalueerd.
een andere benadering is dat ernstig zieke patiënten die reeds wachten op transplantatie op kunstmatige longondersteuning als gastheer voor de kruiscirculatie kunnen dienen om een gewonde donorlong te herstellen, die zij voor transplantatie zouden krijgen zodra het orgaan hersteld is. Zoals beschreven in het artikel, kan het xenogeneic cross-circulation platform ook dienen als een onderzoeksinstrument om orgaanregeneratie, transplantatieimmunologie en de ontwikkeling van nieuwe therapieën te onderzoeken. vooruitblikkend hopen de onderzoekers de voordelen van hun cross-circulation platform uit te breiden naar het herstel van andere menselijke organen, waaronder levers, harten, nieren en ledematen.
over de studie
het onderzoek is getiteld “Xenogeneic cross-circulation for extracorporal recovery of Blessed human lungs.”
auteurs zijn: Ahmed E. Hozain, 1, 2, John D. O ‘ Neill1, Meghan R. Pinezich1, Yuliya Tipograf2, Rachel Donocoff3, Katherine M. Cunningham1, Andrew Tumen4, Kenmond Fung5, Rei Ukita4, Michael Simpson2, Jonathan A. Reimer1,2, Edward C. Ruiz1, Dawn Queen6, John W. Stokes4, Nancy L. Cardwell4, Jennifer Talackine4, Jinho Kim7, Hans-Willem Snoeck8,9, Ya-Wen Chen8,10, Alexander Romanov3, Charles C. Marboe11, Adam D. Griesmer9, Brandon A. Guenthart1,12, Matthew Bacchetta1,4,16,17 en Gordana Vunjak-Novakovic1,8
1 Afdeling Biomedical Engineering, Universiteit Columbia
2 Afdeling Chirurgie, Columbia University Medical Center
3 Instituut voor Vergelijkende Geneeskunde, Columbia University Medical Center
4 Afdeling cardio-Thoracale Chirurgie, Vanderbilt University
5 Afdeling Klinische Perfusie, Columbia University Medical Center
6 Vagelos College van Artsen en Chirurgen, Columbia University Medical Center
7 Afdeling Biomedical Engineering, Stevens Institute of Technologie
8 Ministerie van de Geneeskunde, de Columbia University Medical Center
9 Departement Microbiologie en Immunologie, Columbia University Medical Center
10 Columbia Center for Human Development, Columbia University Medical Center
11 Department of Medicine, University of Southern California
12 Ministerie van Stam Cel Biologie en Regeneratieve Geneeskunde, Universiteit van Zuid-California
13 Afdeling Pathologie en Cel Biologie, Columbia University Medical Center
14 Center for Translational Immunologie, Columbia University Medical Center
15 Afdeling cardiothoracale chirurgie, Stanford University
16 afdeling cardiale chirurgie, Vanderbilt University
17 afdeling Biomedische Technologie, Vanderbilt University
het onderzoek werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health (HL134760, EB27062, HL120046, HL007854), Blavatnik Foundation en de Mikati Foundation.
De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.
LINKS:
papier: http://dx.doi.org/10.1038/s41591-020-0971-8
DOI: 10.1038/S41591-020-0971-8
Visuals: https://www.dropbox.com/sh/7m2yioy1os5y1s8/AAD5zY039z9a84f4CCPTV9wva?dl=0
https://engineering.columbia.edu/
https://bme.columbia.edu/gordana-vunjak-novakovic
https://bme.columbia.edu/
https://bme.columbia.edu/
https://www.nature.com/articles/s41551-017-0037
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09908-1
https://www.jtcvs.org/article/S0022-5223(19)32146-4/fulltext
Columbia Engineering
Columbia Engineering, based in New York City, is one of the top engineering schools in the U.S. and one of the oldest in the nation. Ook bekend als de Fu Foundation School Of Engineering and Applied Science, de School breidt kennis en vooruitgang technologie door middel van de baanbrekende onderzoek van de meer dan 220 faculteit, terwijl het opleiden van undergraduate en graduate studenten in een gezamenlijke omgeving om leiders geïnformeerd door een stevige stichting in de techniek te worden. De faculteit van de School zijn in het centrum van cross-disciplinair onderzoek van de Universiteit, bij te dragen aan de Data Science Institute, Earth Institute, Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Precision Medicine Initiative, en de Columbia Nano Initiative. Geleid door haar strategische visie, “Columbia Engineering for Humanity,” de School streeft naar het vertalen van ideeën in innovaties die een duurzame, gezonde, veilige, verbonden, en creatieve mensheid te bevorderen.
