Niewydolność oddechowa, na przykład w przebiegu COVID-19, jest stanem zagrażającym życiu. Ratunkiem dla pacjenta jest wówczas podłączenie do respiratora. Jednak ciśnienie wytwarzane w płucach przez respirator może być przyczyną dalszych uszkodzeń tego narządu. Mechaniczna wentylacja wiąże się z odpowiedzią immunologiczną i towarzyszącym jej stanem zapalnym, które mogą przyczyniać się do gromadzenia się płynów w płucach i niskiego poziomu tlenu we krwi pacjentów.

Jak wykazali naukowcy z Ohio State University (USA), stan zapalny wywołany przez wentylację mechaniczną może zmniejszyć cząsteczka nazwana mikroRNA-146a (miR-146a). MikroRNA to małe fragmenty RNA, które hamują ekspresję genów - w tym przypadku wyłączając produkcję białek sprzyjających stanom zapalnym.

Badania wykazały, że obecne w płucach komórki odpornościowe zwane makrofagami pęcherzyków płucnych - których zadaniem jest ochrona płuc przed infekcją - aktywują miR-146a, gdy są wystawione na ciśnienie imitujące wentylację mechaniczną. To działanie sprawia, że miR-146a staje się częścią odpowiedzi immunologicznej organizmu, która rozpoczyna walkę z tym, co postrzega jako infekcję - mechaniczną wentylacją.

Najwyraźniej wrodzony regulator układu odpornościowego jest aktywowany przez stres mechaniczny. espół badawczy potwierdził umiarkowany wzrost poziomu miR-146a w makrofagach pęcherzykowych w serii testów na komórkach z płuc dawcy, które były narażone na nacisk mechaniczny oraz u myszy na miniaturowych respiratorach.

Płuca genetycznie zmodyfikowanych myszy, którym brakowało mikroRNA, były bardziej uszkodzone przez wentylację niż płuca u normalnych myszy - co wskazuje na ochronną rolę miR-146a w płucach podczas mechanicznego wspomagania oddychania. Naukowcy zbadali także komórki z płynu płucnego podłączonych do respiratora pacjentów OIOM i stwierdzili, że poziomy miR-146a w ich komórkach odpornościowych również wzrosły.

Niestety, ekspresja miR-146a w normalnych warunkach nie jest wystarczająco wysoka, aby zatrzymać uszkodzenie płuc spowodowane długotrwałą wentylacją.

„Nasze dane sugerują, że płuca wiedzą, że nie powinny być nadmiernie napompowane w ten sposób, a układ odpornościowy robi wszystko, co w jego mocy, aby to naprawić, ale niestety to nie wystarczy” - powiedział dr Joshua A. Englert, adiunkt Ohio State University Wexner Medical Center i współautor badania.

Praca opiera się na odkryciach z laboratorium innego współautora, profesora Samira Ghadiali, który przez lata badał, w jaki sposób ciśnienie generowane podczas wentylacji mechanicznej aktywuje sygnalizację zapalną i powoduje uraz płuc. Wysiłki innych laboratoriów, mające na celu zaprojektowanie systemów wentylacyjnych, które mogłyby zmniejszyć szkody dla płuc, nie powiodły się.

„Nie znaleźliśmy sposobu na wentylację pacjentów w warunkach klinicznych, która całkowicie eliminowałaby szkodliwe siły mechaniczne - powiedział Ghadiali. - Alternatywą jest użycie leku, który zmniejsza urazy i stany zapalne spowodowane naprężeniami mechanicznymi”.

Planowana terapia polegałaby na wprowadzeniu znacznie wyższych poziomów miR-146a bezpośrednio do płuc, aby zapobiec stanom zapalnym, które mogą prowadzić do obrażeń.

Aby przetestować leczenie na myszach podłączonych do respiratorów, zespół dostarczył nanocząsteczki zawierające miR-146a bezpośrednio do ich płuc - co spowodowało 10 000-krotny wzrost poziomu tej cząsteczki, zmniejszenie stanu zapalnego i utrzymanie normalnego poziomu tlenu. W płucach wentylowanych myszy, które otrzymały nanocząsteczki placebo, wzrost miR-146a był niewielki i zapewniał niewielką ochronę.

Obecnie zespół testuje efekty manipulowania poziomami miR-146a w innych typach komórek - te funkcje mogą się znacznie różnić, w zależności od zadania każdego typu komórki. „Moim zdaniem następnym krokiem jest pokazanie, jak używać tej technologii jako precyzyjnego narzędzia do celowania w komórki, które jej najbardziej potrzebują” - powiedział Ghadiali.

Upłynie wiele lat, zanim oparta na tych odkryciach terapia upowszechni się w praktyce.

Tymczasem wentylacja mechaniczna stosowana jest obecnie częściej niż kiedykolwiek wcześniej: liczba przypadków zespołu ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) gwałtownie wzrosła z powodu trwającej pandemii COVID-19. Przed COVID-em każdego roku w Stanach Zjednoczonych odnotowywano kilkaset tysięcy przypadków zespołu ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), z których większość wymagała wentylacji mechanicznej. W ubiegłym roku potencjalnie zagrożonych było 21 milionów pacjentów z COVID-19. (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/