นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างการมีชีวิตอยู่ปอดหายใจในห้องแล็บล่วงหน้าใหม่ที่อาจช่วยให้ผู้ที่ต้องการอวัยวะสำคัญเหล่านี้ในวันหนึ่ง
นักวิจัยได้แยกปอดหนูออกจากกันและสร้างใหม่ด้วยเซลล์ใหม่ หลังจากปอดใหม่เหล่านี้ถูกปลูกถ่ายเป็นหนูที่มีชีวิตในช่วงเวลาสั้น ๆ ที่พวกเขาประสบความสำเร็จในการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์และออกซิเจนในเลือดของสัตว์เช่นเดียวกับปอดปกติ
“ นี่เป็นขั้นตอนแรก ๆ ในการฟื้นฟูปอดทั้งหมดสำหรับสัตว์ขนาดใหญ่และในที่สุดสำหรับมนุษย์” ลอร่านิกลัสนักวิจัยวิศวกรเนื้อเยื่อของมหาวิทยาลัยเยลในนิวเฮเวนกล่าว
วิธีใหม่ในการสร้างปอดสามารถพิสูจน์การช่วยชีวิตเนื่องจากโรคปอดมีผู้เสียชีวิตประมาณ 400,000 คนในแต่ละปีในสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียว ในขณะที่หัวใจสามารถสร้างใหม่ได้และเติบโตเซลล์ใหม่ตลอดชีวิตของบุคคลปอดไม่ได้สร้างใหม่ในร่างกายเกินกว่าระดับเซลล์ ดังนั้นในปัจจุบันวิธีเดียวที่จะแทนที่เนื้อเยื่อปอดที่เป็นผู้ใหญ่ที่เสียหายคือการทำการปลูกถ่ายปอดและปอดผู้บริจาคขาดตลาด- ยิ่งไปกว่านั้นการปลูกถ่ายปอดนั้นมีความอ่อนไหวต่อการถูกปฏิเสธและติดเชื้ออย่างมากโดยมีผู้ป่วยเพียง 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ที่รอดชีวิตจากกระบวนการหลังจาก 10 ปี
ปอดที่กำลังเติบโต
Niklason และเพื่อนร่วมงานของเธอเป็นครั้งแรกที่นำปอดออกจากหนูผู้ใหญ่และลบเซลล์ที่มีอยู่อย่างประณีตด้วยผงซักฟอก สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีโครงร่างของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เก็บโครงสร้างการแตกแขนงของทางเดินหายใจและหลอดเลือดในปอดดั้งเดิมเช่นเดียวกับความยืดหยุ่นและคุณสมบัติเชิงกลที่สำคัญอื่น ๆ กลยุทธ์ในการใช้อวัยวะที่ถูกถอดออกจากเซลล์เป็นโครงนั่งร้านสำหรับการปลูกถ่ายวิศวกรรมเป็นที่สนใจเพิ่มขึ้นพร้อมกับความสำเร็จที่เห็นเมื่อเร็ว ๆ นี้เนื้อเยื่ออวัยวะเพศที่กำลังเติบโตยกตัวอย่างเช่นเช่นเดียวกับหัวใจและตับ
“ นี่คือนั่งร้านที่เป็นกุญแจสำคัญ” Niklason บอกกับ LiveScience "ปัญหาเกี่ยวกับการทำโครงนั่งร้านสังเคราะห์เมื่อพูดถึงเนื้อเยื่อปอดคือสถาปัตยกรรมของปอดมีโครงสร้างที่ซับซ้อนสูง - เมื่อคุณหายใจเข้าทางเดินหายใจของคุณจะแยกออกเป็นสองตัวสำหรับแต่ละปอดและแต่ละสายการบิน
“ เมื่อถึงเวลาที่คุณไปถึงด้านล่างคุณมีถุงอากาศเล็ก ๆ นับล้านและหลายล้านพื้นที่พื้นที่ทั้งหมด 70 ตารางเมตร (753 ตารางฟุต)” เธออธิบาย “ ดังนั้นเมื่อฉันคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ไม่มีทางที่ฉันรู้หรือใครก็ตามที่รู้ว่าจะทำโครงนั่งร้านสังเคราะห์เพื่อเปรียบเทียบกับสิ่งนั้นดังนั้นเราจึงไม่ได้ทำ”
ถัดไปนักวิจัยฉีดส่วนผสมของเซลล์ปอดที่ใช้งานได้ลงในนั่งร้านนี้และแช่ทุกอย่างใน "เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ" ที่ออกแบบมาเพื่อเลียนแบบสภาวะของทารกในครรภ์ เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพยังทำให้ปอดทางวิศวกรรมภายในพวกเขาหายใจบีบกลับไปกลับมาเพื่อให้การไหลของของเหลวเข้าและออกจากพวกเขา
"ทารกในครรภ์หายใจจริง - ไม่ใช่อากาศ แต่เป็นของเหลวน้ำคร่ำ" Niklason อธิบาย "การหายใจเป็นระยะ ๆ ครั้งนี้ค่อนข้างสำคัญสำหรับการพัฒนาปอดที่ทำงานได้เราได้ศึกษาอัตราการหายใจที่แตกต่างกันเพื่อดูว่าทำงานได้ดีที่สุดตั้งแต่หนึ่งครั้งต่อชั่วโมงถึงหนึ่งนาทีและดูเหมือนว่าการหายใจบ่อยขึ้นส่งผลให้เกิดการพัฒนาปอดที่ดีขึ้น"
ในเวลาไม่กี่วันเนื้อเยื่อปอดที่เกิดขึ้นมีชนิดของทางเดินหายใจหลอดเลือดและกระเป๋าอากาศที่เห็นในปอดปกติ โครงสร้างทั้งหมดเหล่านี้ถูกเติมด้วยเซลล์ชนิดที่ถูกต้องหลายชนิดและมีลักษณะทางกลที่เหมาะสม [รูปภาพของ Lab Lungs]
อนาคตของการฟื้นฟูปอด
นักวิทยาศาสตร์เตือนว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยมากขึ้นเพื่อดูว่าปอดสามารถทำหน้าที่ของพวกเขาได้หรือไม่ เมื่อปลูกฝังลงในหนูที่เอาปอดซ้ายออกไปปอดที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเหล่านี้ทำงานได้ดีเป็นเวลา 45 นาทีถึงสองชั่วโมง แต่หลังจากนั้นประมาณสามชั่วโมง "เราเห็นหลักฐานบางอย่างของการอุดตันที่เกิดขึ้นในปอด" Niklason กล่าว
นักวิจัยสงสัยว่าเมื่อพวกเขาได้เพาะพื้นนั่งร้านด้วยเซลล์จุดว่างเปล่าบางจุดอาจถูกทิ้งไว้ข้างหลังซึ่งเลือดสามารถรวมตัวกันเป็นก้อน “ นั่นคือสิ่งที่เราสามารถปรับปรุงได้อย่างแน่นอนด้วยการทำงานมากขึ้น” เธอกล่าว
ทีมวิจัยอื่น ๆ ที่มหาวิทยาลัยมินนิโซตาและมหาวิทยาลัยเท็กซัสยังใช้เมาส์หรือปอดหนูที่ถูกถอดออกจากเซลล์เป็นโครงนั่งร้านสำหรับการปลูกเนื้อเยื่อปอด อย่างไรก็ตาม Niklason และเพื่อนร่วมงานของเธอเป็นคนแรกที่ปลูกฝังเนื้อเยื่อที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมในสัตว์ที่มีชีวิต
เพื่อพิสูจน์การทดลองเหล่านี้อาจใช้งานได้กับเนื้อเยื่อของมนุษย์ทีมของ Niklason ได้นำกลุ่มของปอดมนุษย์ออกจากธนาคารเนื้อเยื่อและถอดเซลล์ออกเพื่อสร้างนั่งร้านของพวกเขา ทั้งเซลล์มะเร็งและเซลล์ของมนุษย์ที่ได้มาจากเลือดจากสายสะดือของมนุษย์ที่ถูกฉีดเข้าไปในโครงนั่งร้านเหล่านี้ประสบความสำเร็จในพื้นผิวของพวกเขาโดยบอกว่าวิธีนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประสิทธิภาพ
ถึงกระนั้นชนิดของเซลล์ต้นกำเนิดปอดหรือเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ที่เหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นที่จำเป็นในการทำให้ปอดของมนุษย์ทำงานยังไม่สามารถใช้ได้ นอกจากนี้เพื่อให้วิธีนี้เป็นประโยชน์ต่อผู้ป่วยในมนุษย์เซลล์ใด ๆ ที่ใช้ในการ reseed นั่งร้านจะต้องมาจากผู้ป่วยที่ได้รับการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อเพื่อหลีกเลี่ยงการถูกปฏิเสธภูมิคุ้มกัน
“ การสร้างปอดสำหรับผู้ป่วยเป็นสิ่งที่ฉันเห็นว่าเป็นโอกาส 20- หรือ 25 ปี” Niklason กล่าว “ ถึงกระนั้นฉันคิดว่าเราได้รวบรวมแพลตฟอร์มที่แข็งแกร่งมากสำหรับการสร้างปอดสำหรับผู้ป่วยในระยะยาว”
นักวิทยาศาสตร์ให้รายละเอียดการค้นพบของพวกเขาทางออนไลน์ในวันที่ 24 มิถุนายนในวารสารวิทยาศาสตร์
