Исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго показали, что даже после повреждения легочной ткани можно обратить вспять фиброз и способствовать восстановлению тканей путем лечения мезенхимальными стромальными клетками, покрытыми микрогелем.
Легочный фиброз – это хроническое заболевание, вызванное токсинами окружающей среды, лекарствами или такими заболеваниями, как пневмония и ревматоидный артрит. Он характеризуется образованием рубцовой ткани из-за повреждения или неконтролируемого иммунного ответа, и он может вызывать легкое или серьезное затруднение дыхания и кислородное голодание. В настоящее время считается, что фиброз в основном необратим, поскольку современные лекарственные препараты лишь незначительно эффективны при лечении симптомов и, как правило, вызывают значительные побочные эффекты.
Мезенхимальные стромальные клетки или МСК являются мультипотентными и самообновляющимися, как стволовые клетки, и их потенциал для лечения таких состояний, как фиброз, был изучен.
"В то время как предыдущие исследования проверяли терапевтические эффекты МСК, которые, как известно, подавляют воспаление и приспосабливаются к различным тканевым средам, их эффективность до сих пор ограничивалась ранними фазами заболевания, когда уровни воспаления высоки и рубцовая ткань все еще формируется," сказал Дже-Вон Шин, доцент кафедры фармакологии и биоинженерии UIC Медицинского колледжа и автор-корреспондент исследования. "Наш подход заключался в том, чтобы оптимизировать терапию на основе МСК, чтобы она работала после уменьшения воспаления, когда у большинства людей диагностируется фиброз."
Как описано в новой статье, опубликованной в Nature Biomedical Engineering, исследователи UIC разработали тонкий микрогель, который при определенной конструкции может повысить терапевтический потенциал МСК для разрушения рубцовой ткани и регенерации здоровой ткани на моделях фиброза на мышах.
Шин и его коллеги разработали микрогель, который мягкий, как здоровая легочная ткань, и включил небольшой белок, называемый фактором некроза опухоли-альфа. Также известный как TNF-альфа, этот белок действует как воспалительный сигнал, который побуждает МСК синтезировать коллагеназу. Коллагеназа – это фермент, который расщепляет избыток коллагена в фиброзных тканях и способствует восстановлению поврежденных тканей.
Чтобы оптимизировать МСК с помощью микрогеля, исследователи UIC разработали микрожидкостное устройство для быстрой и последовательной инкапсуляции отдельных клеток в тонкий гель.
"Мы уменьшили до мелкого размера индивидуальную клетку, которая важна для доставки терапевтического средства в крошечные дыхательные пути легких," сказал первый автор исследования Синг-Ван Вонг, научный сотрудник МСЖД в отделе фармакологии и регенеративной медицины.
В моделях фиброзного повреждения исследователи UIC наблюдали снижение показателей пугания и повышение показателей здоровой легочной ткани, таких как нормальный уровень и архитектура коллагена, только у мышей, получавших МСК, покрытые гелем с включенным TNF-альфа путем инкапсуляции отдельных клеток.
"Это действительно одна из первых научных демонстраций того, что уровни коллагена можно хорошо нормализовать после фиброзного повреждения, и что клеточная среда, а не только сами клетки, может быть точно сконструирована на уровне отдельной клетки," Шин сказал. "Наши результаты предлагают возможный подход к прогностическому программированию клеточных функций для достижения желаемых терапевтических результатов."