New York, NY-10 juli 2020-andningssjukdom är den tredje ledande dödsorsaken över hela världen, och lungtransplantation är fortfarande det enda botemedlet för patienter med lungsjukdom i slutstadiet. Trots framsteg inom området förblir lungtransplantation begränsad av den låga tillgängligheten av friska donatororgan, och de flesta donatorlungor kan inte användas på grund av allvarliga men potentiellt reversibla skador. För närvarande används en metod som kallas ex vivo lungperfusion (EVLP) för att ge lungstöd utanför kroppen och återställa marginell kvalitet donatorlungor före transplantation. EVLP ger emellertid endast en begränsad varaktighet på sex till åtta timmars stöd – en tid som är för kort för att återställa majoriteten av allvarligt skadade donatorlungor.ett tvärvetenskapligt team från Columbia Engineering och Vanderbilt University har nu visat att allvarligt skadade donatorlungor som har avvisats för transplantation kan återvinnas utanför kroppen av ett system som använder korscirkulation av helblod mellan donatorlungan och en djurvärd. För första gången återhämtade sig en allvarligt skadad mänsklig lunga som misslyckades med att återhämta sig med standard klinisk EVLP framgångsrikt under 24 timmar på lagets tvärcirkulationsplattform. Studien publiceras idag i Nature Medicine.utredarna, ledda av Gordana Vunjak-Novakovic, universitetsprofessor och Mikati Foundation Professor i biomedicinsk teknik och medicinska vetenskaper vid Columbia Engineering, och Matthew Bacchetta, kirurgisk chef för Vanderbilt Lung Institute, tillskrev prestationen av deras stora milstolpe till den fysiologiska miljön och systemisk reglering som deras unika plattform ger till explanterade mänskliga lungor.
”det är tillhandahållandet av inneboende biologiska reparationsmekanismer under tillräckligt långa tidsperioder som gjorde det möjligt för oss att återställa allvarligt skadade lungor som annars inte kan räddas”, säger studiens ledande författare, Ahmed Hozain (kirurgisk forskare vid Columbia Engineering) och John O ’ Neill (adjungerad associerad forskare vid Columbia Engineering).
under de senaste åtta åren har forskarna utvecklat sin radikalt nya metod för att ge fler lungor för patienter i stort behov av organtransplantation. År 2017 demonstrerade de genomförbarheten av korscirkulationsstöd av hela lungor utanför kroppen. År 2019 visade de effekten av korscirkulation genom att regenerera allvarligt skadade svinlungor, och 2020 förlängde de framgångsrikt varaktigheten av korscirkulationsstöd till en aldrig tidigare skådad fyra dagar.
nu, i det här nya papperet, visar laget att explanterade mänskliga lungor, som redan avvisats för transplantation, kan återvinnas på deras tvärcirkulationsplattform, vilket framgångsrikt upprätthöll lungintegritet och resulterade i funktionell lungåterhämtning. Under de 24 timmarna av korscirkulation såg laget betydande förbättringar av cellens livskraft, vävnadskvalitet, inflammatoriska svar och-viktigast av allt-andningsfunktion.
” Vi kunde återställa en donatorlung som misslyckades med att återhämta sig på det kliniska ex vivo lungperfusionssystemet, vilket är den nuvarande vårdstandarden. Detta var den mest rigorösa valideringen av vår Cross-circulation-plattform hittills, vilket visar stort löfte för sin kliniska nytta,” sade Vunjak-Novakovic.
denna speciella donatorlung visade ihållande svullnad och vätskeuppbyggnad som inte kunde lösas, och den avvisades för transplantation av flera transplantationscentra och erbjöds så småningom för forskning. När laget fick denna lunga hade det upplevt två perioder av kall ischemi som uppgick till 22,5 timmar, plus fem timmars klinisk EVLP-behandling. Anmärkningsvärt, efter 24 timmar på korscirkulation, visade lungan funktionell återhämtning.
Vunjak-Novakovic noterade att storleken och profilen för deras multiinstitutionella forskargrupp-25 utredare med expertis inom bioengineering, kirurgi, immunologi, stamceller och olika kliniska discipliner-återspeglar komplexiteten i detta translationella projekt.
Zachary Kon, chef för Lungtransplantationsprogrammet, NYU Langone Health, som inte var inblandad i studien, kommenterade: ”som lungtransplantationskirurg har jag sett många patienter inte få lungtransplantationer som de desperat behövde. Jag tycker att detta arbete är spännande och hoppas att denna teknik kommer att göra fler donatorlungor tillgängliga.”
utredarna betonar att mer arbete måste göras innan korscirkulation kan bli en klinisk verklighet. För klinisk tillämpning av cross-circulation plattform, de föreställa sig två kliniska scenarier för tillämpning av cross-circulation plattform, som de planerar att fortsätta. Ett tillvägagångssätt är att direkt översätta metoden som demonstreras i denna nya studie, med den mänskliga donatorlungan återhämtad av ”xenogen” korscirkulation med en medicinsk kvalitet, patogenfri djurvärd. För detta ändamål måste säkerheten, genomförbarheten, riskprofilerna och resultaten av xenogen korscirkulation utvärderas i ett stort antal lungor.
ett annat tillvägagångssätt är att kritiskt sjuka patienter som redan väntar på transplantation på artificiellt lungstöd kan fungera som korscirkulationsvärd för att återställa en skadad donatorlung, som de skulle få för transplantation så snart organet återhämtar sig. Som beskrivs i papperet kan den xenogena korscirkulationsplattformen också fungera som ett forskningsverktyg för att undersöka organregenerering, transplantationsimmunologi och utveckling av nya terapier.
ser framåt, hoppas forskarna att utvidga fördelarna med deras korscirkulationsplattform till återhämtning av andra mänskliga organ, inklusive lever, hjärtan, njurar och lemmar.
Om studien
studien heter ” Xenogen korscirkulation för extrakorporeal återhämtning av skadade mänskliga lungor.”
författare är: 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 och Gordana Vunjak-Novakovic1,8
1 Institutionen för biomedicinsk teknik, Columbia University
2 Institutionen för kirurgi, Columbia University Medical Center
3 Institutet för jämförande medicin, Columbia University Medical Center
4 Institutionen för thoraxkirurgi, Vanderbilt University
5 Institutionen för klinisk Perfusion, Columbia University Medical Center
6 vagelos College of Physicians and Surgeons, Columbia University Medical Center
7 Institutionen för biomedicinsk teknik, Stevens Institute of Teknik
8 Institutionen för medicin, Columbia University Medical Center
9 Institutionen för mikrobiologi och immunologi, Columbia University Medical Center
10 Columbia Center för mänsklig utveckling, Columbia University Medical Center
11 Institutionen för medicin, University of Southern California
12 Institutionen för stamcellsbiologi och regenerativ medicin, University of Southern California
13 Institutionen för patologi och cellbiologi, Columbia University Medical Center
14 Centrum för translationell immunologi, Columbia University Medical Center
15 Institutionen för hjärtkirurgi, Stanford University
16 Institutionen för hjärtkirurgi, Vanderbilt University
17 Institutionen för biomedicinsk teknik, Vanderbilt University
studien stöddes av bidrag från National Institutes of Health (HL134760, EB27062, HL120046, HL007854), Blavatnik Foundation och Mikati Foundation.
författarna förklarar inga konkurrerande ekonomiska intressen.
länkar:
papper: http://dx.doi.org/10.1038/s41591-020-0971-8
DOI: 10.1038 / s41591-020-0971-8
bilder: 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. Även känd som Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, expanderar skolan kunskap och utvecklar teknik genom banbrytande forskning av dess mer än 220 fakultet, samtidigt utbilda grund-och doktorander i en samarbetsmiljö för att bli ledare informerade av en fast grund inom teknik. Skolans fakultet är i centrum för universitetets tvärvetenskapliga forskning, som bidrar till Data Science Institute, Earth Institute, Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Precision Medicine Initiative och Columbia Nano Initiative. Styrd av sin strategiska vision, ”Columbia Engineering for Humanity”, syftar skolan till att översätta ideer till innovationer som främjar en hållbar, hälsosam, säker, ansluten och kreativ mänsklighet.
