Lungenregeneration kann bald Wirklichkeit werden

Laut einem Bericht in der Zeitschrift Cell vom 28. Oktober haben die Forscher des Weill Cornell Medical College eine wichtige Entdeckung in ihrer Mission gemacht, Lungenregeneration "einzuschalten". Dieser Befund könnte Millionen von Menschen, die an Atemwegserkrankungen leiden, wirksam behandeln.

Laut einem Bericht in der Zeitschrift Cell vom 28. Oktober haben die Forscher des Weill Cornell Medical College eine wichtige Entdeckung in ihrer Mission gemacht, Lungenregeneration "einzuschalten". Dieser Befund könnte Millionen von Menschen, die an Atemwegserkrankungen leiden, wirksam behandeln.
Das Team hat die biochemischen Signale in Mäusen entdeckt, die die Produktion von neuen Lungenalveolen aktivieren - winzige, ballonartige Beutel in der Lunge, die sich beim Ein- und Ausatmen aufblasen und entleeren. Diese Signale stammen von spezialisierten Endothelzellen, die die innere Oberfläche von Blutgefäßen in der Lunge auskleiden.
Obwohl Forscher längst wissen, dass Mäuse die Fähigkeit einer Lunge regenerieren und erweitern können, wenn die andere fehlt, haben sie jetzt die molekularen Auslöser hinter dem Prozess gefunden, die auch für den Menschen relevant sein könnten.
Forschungsleiter Dr. Shahin Rafii erklärte:

"Mehrere adulte menschliche Organe haben das Potenzial, dass bei einer Schädigung zu einem gewissen Grad regeneriert wird, und während wir die bei der Regeneration von Leber und Knochenmark beteiligten Wege leicht überwachen können, ist es viel mühsamer, die Regeneration anderer erwachsener Organe zu untersuchen, wie z die Lunge und das Herz. "
Es ist spekuliert, aber nicht bewiesen, dass Menschen das Potenzial haben, ihre Lungenbläschen zu regenerieren, bis sie aufgrund von Rauchen, Krebs oder anderen extensiven chronischen Schäden nicht mehr leben können. Wir hoffen, diese Ergebnisse in die Klinik zu bringen und zu sehen, ob wir die Lungenregeneration bei Patienten, die diese benötigen, wie z. B. Patienten mit chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), induzieren können. "

Co-Autor, Dr. Ronald G. Crystal, sagte:
"Es gibt keine wirksame Therapie für Patienten, bei denen COPD diagnostiziert wurde. Basierend auf dieser Studie stelle ich mir einen Tag vor, an dem Patienten mit COPD und anderen chronischen Lungenerkrankungen von einer Behandlung mit Lungenflügelblutgefäßen profitieren, die Lungenregeneration induzieren."

In einer früheren Studie entdeckten Dr. Rafii und sein Team Wachstumsfaktoren, die die Regeneration von Leber und Knochenmark steuern. Sie fanden heraus, dass die Endothelzellen in beiden Fällen wichtige induktive Wachstumsfaktoren generieren, die sie als "angiokrine Faktoren" bezeichneten. Das gleiche Phänomen (dass Blutgefäßzellen in den Lungen die Regeneration von Alveolen auslösen) wurde in der aktuellen Untersuchung entdeckt.
Dr. Rafii erklärte:
"Blutgefäße sind nicht nur die inerten Rohrleitungen, die Blut führen. Sie beauftragen aktiv Organregeneration. Dies ist ein kritischer Befund. Jedes Organ verwendet verschiedene Wachstumsfaktoren in seinem lokalen Gefäßsystem, um die Regeneration zu fördern."

In dieser Untersuchung wurden die linken Lungen von Mäusen entfernt, damit Dr. Bi-Sen Ding den biochemischen Prozess der nachfolgenden Regeneration der verbleibenden Lunge untersuchen konnte. Nach einer vorherigen Untersuchung von Dr. Crystal, wenn die linken Lungen von Mäusen entfernt werden, regenerieren die rechten Lungen um 80% und ersetzen effektiv einen Großteil der verlorenen Alveolen.
Dr. Ding sagte:
"Dieser Regenerationsprozess stellt auch die physiologische Atmungsfunktion der Lunge wieder her, die durch die Amplifikation verschiedener epithelialer Vorläuferzellen und die Regeneration der Alveolarsäcke vermittelt wird."

Senior Wissenschaftler, Dr. Daniel Nolan, sagte:
"Dieses Regenerationsphänomen tritt jedoch nur nach einem Trauma auf, das die Lungenmasse abrupt reduziert. Dann erhalten die spezifischen Untergruppen von Blutgefäßen in der verbleibenden Lunge eine Nachricht, um mit der Wiederbevölkerung von Alveolen zu beginnen, und unsere Aufgabe bestand darin, dieses Signal zu finden."

Sie entdeckten, dass beim Entfernen der linken Lunge Rezeptoren an Endothelzellen in der Lunge ausgelöst werden, die auf den basischen Fibroblastenwachstumsfaktor (FGF-2) und den vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) reagieren.
Wenn diese Rezeptoren aktiviert werden, fördern sie den Anstieg eines anderen Proteins, der Matrix-Metalloproteinase-14 (MMP14). Sie fanden heraus, dass MMP14 die Produktion von neuem Lungengewebe durch Freisetzung von epidermalen Wachstumsfaktoren (EGF) aktiviert.
Wenn VEGF- und FGF-2-Rezeptoren deaktiviert waren, insbesondere in den Endothelzellen der Mäuse, trat keine Regeneration in der rechten Lunge auf. Dies lag an zu wenig MMP14-Proteinen, die aus den Blutgefäßen stammen. Als sie jedoch Endothelzellen von einer normalen Maus in diese Mäuse transplantierten, entdeckten sie, dass bemerkenswert die Produktion von MMP14 wiederhergestellt wurde, was die Regeneration funktioneller Alveolen aktivierte.
Teammitglied Dr. Stefan Worgall sagte:
"Die Wiederherstellung der Lungenfunktion und der Lungenmechanik durch Transplantation von Endothelzellen, die die MMP14-Produktion stimulieren, kann für die Entwicklung neuer Therapien für Atemwegserkrankungen wertvoll sein. Diese Studie wird uns auch helfen, Reparaturmechanismen in den wachsenden Lungen von Säuglingen und Kindern zu verstehen."

Dr. Rafii klassifiziert MMP14 als ein wichtiges "angiokrines" Signal - einen spezifischen Lungenendothel-Wachstumsfaktor, der für die Regeneration der Alveole verantwortlich ist. Darüber hinaus suchen Dr. Rafii und sein Team nach Initiationssignalen, die zur Aktivierung von Blutgefäßen in der Lunge führen.
Co-Senior Autor, Dr. Sina Rabbany, erklärte:
"Veränderungen des lokalen Blutflusses und der biomechanischen Kräfte in der verbleibenden Lunge nach Entfernung der linken Lunge könnten sicherlich einer der Auslöser sein, der die endotheliale Aktivierung induziert."

Der nächste Schritt für die Forscher ist es, herauszufinden, ob MMP14 (sowie andere bisher unbekannte angiokrine Faktoren) für die Lungenregeneration beim Menschen zusätzlich zu den Mäusen verantwortlich sind.
Dr. Ding sagte:
"Wir glauben, dass der gleiche Prozess bei Menschen weitergeht
Wir haben noch keine direkten Beweise. "

Die Forscher glauben, dass Personen, die an COPD leiden (eine Störung, die normalerweise durch langzeitiges Rauchen verursacht wird), einen erheblichen Schaden an den Endothelzellen in ihren Lungen haben, so dass sie nicht die richtigen induktiven Signale erzeugen können.
Co-Autor Dr. Koji Shido, erklärte:
"Wir wissen, dass Rauchen Lungen schädigt, aber die Lunge kann weiterhin Alveolen regenerieren, aber zu einem bestimmten Zeitpunkt könnte eine erhebliche Schädigung der Endothelzellen ihre Fähigkeit zur Unterstützung der Lungenregeneration beeinträchtigen."

Co-Autor Dr. Zev Rosenwaks spekulierte:
"Vielleicht könnte der Ersatz von angiokrinen Faktoren oder die Transplantation von normalen Lungenendothelzellen aus pluripotenten Stammzellen die Lungenregeneration wiederherstellen. Derzeit erzeugen wir pluripotente Dampfzellen von Patienten mit genetischen Lungenerkrankungen, um mögliche Signalwege zu identifizieren, die letztendlich unsere Lungenfunktion verbessern können Verständnis, wie Lungenendothelzellen die Lungenfunktion bei diesen Patienten verbessern können. "

Geschrieben von: Grace Rattue