Mukoviszidose-Forschung profitiert von im Labor gewachsenen "Mini-Lungen"

Derzeit müssen Forscher auf Tiermodelle wie speziell gezüchtete Labormäuse zurückgreifen, um nach Verbindungen zu suchen, die bei der Bekämpfung von Krankheiten vielversprechend sind. Viele Kandidatenmedikamente, die solche Tests bestehen, werden später jedoch zurückgewiesen, und einige, die nicht bestehen, könnten bei Menschen wirksam sein. Dies führt zu Verzögerungen, erhöhten Kosten und verpassten Möglichkeiten für die Entwicklung dringend benötigter neuer Behandlungen.
Die Wissenschaftler stellten Bedingungen wieder her, ähnlich denen, wenn der menschliche Embryo verschiedene Arten von Lungengewebe entwickelt.
Bildnachweis: Nick Hannan, Universität Cambridge

Stammzellen sind Zellen, die das Potenzial haben, eine beliebige Zelle im Körper zu werden. Wissenschaftler haben verschiedene Wege entwickelt, um diese Transformation zu fördern und Stammzellen zu gewinnen. Der Fortschritt in diesem Bereich ist vielversprechend als ein Weg, um realistische Modelle von menschlichem Gewebe, das aus menschlichen Zellen stammt, zu erzeugen - sogenannte "Organoide" oder "Mini-Organe".

Zum Beispiel berichteten wir kürzlich über eine Studie, die zeigte, wie ein neues organoides 3D-Kultursystem die Forschung und Behandlung von Bauchspeicheldrüsenkrebs zu transformieren verspricht.

Und in einem anderen früheren Bericht beschrieben wir, wie Wissenschaftler voll funktionsfähige Organoide des menschlichen Darms geschaffen haben.

Jetzt hat ein Team der Universität Cambridge in Großbritannien erfolgreich "Mini-Lungen" entwickelt, um neue Medikamente gegen die lähmende Lungenerkrankung Mukoviszidose zu erforschen und zu testen.

Mini-Lungen aus distalem Luftweggewebe

Jetzt schreibe ich in das Tagebuch Stammzellen und Entwicklungbeschreibt ein Team an der Universität von Cambridge in Großbritannien, wie es erfolgreich "Mini-Lungen" als einen Weg nach vorne entwickelt hat, um neue Medikamente zu erforschen und zu testen, um die schwächende Lungenkrankheit Mukoviszidose zu bekämpfen.

Unter Verwendung von Stammzellen, die aus Häuten von Mukoviszidosepatienten gewonnen wurden, erzeugten die Wissenschaftler organoide Modelle des distalen Teils des Lungengewebes, des Teils, der die Atemwege bildet, in denen Gase mit der Umgebung ausgetauscht werden. Studienleiter Dr. Nick Hannan, erklärt:

"In gewissem Sinne haben wir" Minilungen "geschaffen. Während sie nur den distalen Teil des Lungengewebes darstellen, werden sie aus menschlichen Zellen gezüchtet und können daher zuverlässiger sein als traditionelle Tiermodelle, wie zum Beispiel Mäuse, um mehr über die wichtigsten Aspekte schwerer Krankheiten zu erfahren - in unserem Fall , Mukoviszidose."

Mukoviszidose ist eine Erkrankung, bei der die Lunge zu viel Schleim produziert, was zu Atemproblemen führt und das Risiko einer Infektion der Atemwege erhöht. Die Krankheit ist monogen - das heißt, sie wird durch einen einzigen Genfehler verursacht, obwohl die Mutation bei verschiedenen Patienten unterschiedlich sein kann.

Jüngste Fortschritte in der Behandlung tragen dazu bei, das Leben von Menschen mit Mukoviszidose zu verlängern, die eine kürzere durchschnittliche Lebensdauer haben.

Die Organoide replizieren das Lungengewebe der häufigsten Form der Mukoviszidose

Für ihre Studie haben Dr. Hannan und Kollegen vom Wellcome Trust-Medical Research Council am Cambridge Stem Cell Institute Stammzellen aus den Hautzellen von Patienten mit der häufigsten Form der Mukoviszidose generiert, die durch einen Fehler im bekannten CFTR-Gen entsteht als die Delta-F508-Mutation. Die Mutation ist die Ursache für zystische Fibrose bei etwa drei Viertel der britischen Patienten.

Das Team programmierte die Hautzellen so um, dass sie in einen Zustand zurückkehrten, der als "induziert pluripotent" bekannt ist - und sie zu Stammzellen machte, die bereit sind, sich zu jeder Art von Zelle im Körper zu entwickeln.

Unter Verwendung der induzierten pluripotenten Zustandszellen (iPSCs) stellte das Team dann ähnliche Bedingungen wieder her, wie wenn der menschliche Embryo verschiedene Arten von Lungengewebe entwickelt - ein Prozess, der "Gastrulation" genannt wird.

Während der Gastrulation bildet der Embryo das Endoderm und dann den Vorderdarm, aus dem die Lungen austreten und sich in verschiedene Gewebetypen ausbilden, darunter diejenigen, die am weitesten vom Entstehungsort entfernt sind - das "distale" Lungengewebe der Atemwege, in dem Gase ausgetauscht werden Körper und Umwelt.

Das distale Gewebe ist oft der Teil der Lunge, der bei Erkrankungen wie zystischer Fibrose, einigen Formen von Lungenkrebs und Emphysem Probleme verursacht.

Die Minilungen zeigten gute Ergebnisse in Tests, die eine Fehlfunktion des Chloridkanals zeigten

Bei Menschen mit der Delta-F508-Mutation faltet sich das CFTR-Protein in ihrem Atemweggewebe nicht korrekt, so dass es auf Zelloberflächen nicht richtig exprimiert wird. Dies unterbricht die Funktion des Chloridkanals.

Chloridkanäle sind porenbildende Oberflächenproteine, die es Chloridionen ermöglichen, sich in die Zellen des Atemweggewebes hinein und aus diesen heraus zu bewegen. Bei einer Fehlfunktion können die Zellen das Wasser nicht in die Auskleidung der Lunge bringen, wodurch der Schleim zu klebrig wird. Dies führt zu Atembeschwerden und erhöhtem Risiko einer bakteriellen Infektion - was längerfristig zu Narbenbildung oder "Fibrose" führt.

Um zu testen, wie gut ihre Mini-Lungen die Bedingungen der zystischen Fibrose bei Patienten mit der Delta-F508-Mutation reproduzierten, verwendete das Team einen chloridempfindlichen Fluoreszenzfarbstoff. Mit Hilfe des Farbstoffs konnten sie zeigen, dass im Vergleich zu gesunden Zellen die in den Minilungen enthaltenen Chloridbewegungen eingeschränkt waren.

Das Team nutzte dann das Farbstoffsystem und die Mini-Lungen, um zu zeigen, dass das Hinzufügen eines kleinen Moleküls den erkrankten Zellen geholfen hat, Chlorid leichter zu bewegen - ebenso wie gesunde Zellen. Dr. Hannan schließt:

"Wir sind zuversichtlich, dass dieser Prozess erweitert werden könnte, um es uns zu ermöglichen, Zehntausende von Verbindungen zu untersuchen und Miniläsionen mit anderen Krankheiten wie Lungenkrebs und idiopathischer Lungenfibrose zu entwickeln. Dies ist viel praktischer, sollte zuverlässigere Daten liefern und ist auch ethischer als die Verwendung einer großen Anzahl von Mäusen für eine solche Forschung. "

Die meisten Mittel für die Studie kamen vom Europäischen Forschungsrat, dem National Institute for Health Research Cambridge Biomedical Research Center und dem Evelyn Trust.

Inzwischen, Medizinische Nachrichten heute kürzlich erfahren, wie ein anderes Team an der Universität von Texas in Austin eine neue Art des Testens für die häufigste Ursache für lebensbedrohliche Infektionen bei Patienten mit zystischer Fibrose entwickelt hat, einem Bakterium namens Pseudomonas aeruginosa.

Die neue Methode repliziert genau die Umgebung, in der sich das Bakterium im Lungenschleim eines Menschen mit Mukoviszidose ausbreitet, und ermöglicht die Identifizierung der Gene, die für sein Überleben notwendig erscheinen.

Buflomedil-haltige Arzneimittel - EMA empfiehlt Suspension

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