Inhalative Stammzellen bei Idiopathischer pulmonaler Fibrose (IPF)

pulmonaryfibrosisnews.com/2020/03/03/inh...rapy-study-suggests/


Das Einatmen von Lungen-Stammzellsekreten kann eine wirksame IPF-Therapie sein, Vorschläge der Studie
3. März 2020 von Marisa Wexler, MS


Das Einatmen von Sekreten, die von Lungenstammzellen produziert werden, könnte für Menschen mit idiopathischer Lungenfibrose (IPF) therapeutisch vorteilhaft sein, wie eine präklinische Studie gezeigt hat.

Die Studie mit dem Titel "Das Einatmen von Lungen-Sphäroidzellsekretom und Exosomen fördert die Lungenreparatur bei Lungenfibrose" wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

IPF ist charakterisiert durch eine Gewebenarbung, genannt Fibrose, in der Lunge. Einige Hinweise deuten darauf hin, dass Stammzellen in der Lunge dazu beitragen könnten, diese Fibrose zu reduzieren.

Tatsächlich hatte dasselbe Forscherteam, das hinter dieser neuen Studie steht, zuvor eine Methode entwickelt, um mit Hilfe von dreidimensionalen Sphäroiden eine grosse Anzahl von Lungenstammzellen zu gewinnen und zu kultivieren. Ihre Forschung zeigte, dass Lungen-Sphäroidzellen in einem Mausmodell der Lungenfibrose (PF) therapeutisch wirksam sein könnten.

Sphäroide sind runde Aggregate oder Zellhaufen, die sich aus Lungenstammzellen - die sich im Zentrum des Zellhaufens befinden - und Stützzellen, auch als Stromazellen bekannt, zusammensetzen. Lungen-Sphäroidzellen (LSCs) sind Mischungen dieser beiden Zellpopulationen.

"Obwohl Stammzellen vorteilhafte Wirkungen haben, sind ihre klinischen Anwendungen mit vielen Herausforderungen konfrontiert, einschließlich umfangreicher Arbeit, hoher Kosten und Sicherheitsbedenken", sagten die Forscher.

Ein möglicher Weg, diese Herausforderungen zu umgehen, wäre die Verwendung der Substanzen, die diese Zellen produzieren und freisetzen, und nicht die Zellen selbst.

"Die Zellmischung in LSCs stellt die natürliche Mikroumgebung der Stammzellen - bekannt als Stammzellnische - nach, in der die Zellen Exosomen absondern, um miteinander zu kommunizieren, so wie sie auch im Körperinneren miteinander kommunizieren würden", sagte Dr. Ke Cheng, Professor für regenerative Medizin an der North Carolina State University und Mitverfasser der Studie, in einer Pressemitteilung.

"LSCs sezernieren viele nützliche Proteine und Wachstumsfaktoren, die zusammen als 'Sekretom' bekannt sind - Exosomen und lösliche Proteine, die die regenerative Mikroumgebung der Zellen selbst reproduzieren können", sagte Cheng. "In dieser Arbeit gingen wir noch einen Schritt weiter und testeten das Sekretom und die Exosomen aus unseren von Sphäroiden produzierten Stammzellen gegen zwei Modelle der Lungenfibrose.

Zuerst behandelten Cheng und sein Team Mäuse mit Bleomycin, einem Krebsmedikament, um den Ausbruch der PF auszulösen. Sobald eine Gewebsvernarbung einsetzte, begannen sie, die Tiere mit LSC-Sekretom (LSC-sec) zu behandeln, das mit einem Vernebler in Nebel verwandelt und eingeatmet wurde.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Behandlung mit LSC-sec die Fibrose, gemessen anhand des Ashcroft-Scores, im Vergleich zu kranken Mäusen, die mit einer Kochsalzlösung behandelt wurden, um fast 50% reduzierte. Untersuchungen des Lungengewebes der Tiere deuteten ferner darauf hin, dass LSC-sec die Reparatur der Atemwege und Blutgefäße in vernarbten Lungen förderte.

Die Behandlung mit LSC-sec führte auch in einem zweiten Mausmodell der Lungenfibrose zu statistisch signifikanten, wenn auch weniger ausgeprägten Effekten. Bei diesen Tieren wurde die Erkrankung durch das Einatmen feiner Kieselsäurepartikel, im Wesentlichen Sand, induziert. Der Ashcroft-Score war bei diesen Tieren um 26% reduziert.

Wichtig ist, dass in beiden Modellen die Behandlung mit LSC-sec im Vergleich zur Behandlung mit dem Sekretom oder einer Substanz, die von einer anderen Art von Stammzellen, den so genannten mesenchymalen Stammzellen (MSZ), produziert wird, wirksamer war. MSZ sind adulte Stammzellen; die von ihnen produzierten Substanzen werden als MSC-sec bezeichnet. Ihre Verwendung senkte den Ashcroft-Score im Bleomycin-Modell um 32,4% und im Silica-Modell um 16,9%.

"Im Bereich der regenerativen Medizin werden viele Arten von Stammzellen für die Forschung und klinische Anwendung verwendet, aber mesenchymale Stammzellen sind nach wie vor am weitesten verbreitet", so die Forscher.

"Unsere Beobachtungen sowohl im Bleo- als auch im Kieselerde-Modell zeigten, dass die Inhalationstherapie mit MSC-Sec bei der Behandlung von Lungenfibrose zwar wirksam war, LSC-Sec jedoch in allen Maßnahmen MSC-Sec überlegen war", sagten sie.

Ähnliche Ergebnisse wurden in einem Rattenmodell mit Bleomycin-induzierter PF gefunden, wobei die Behandlung mit LSC-Sec die Ashcroft-Scores der Tiere signifikant reduzierte.

Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass die Inhalation von LSC-Exosomen - membrangebundene Bündel von Zellinhaltsstoffen, die von den Zellen zur Kommunikation freigesetzt werden - auch in diesem Modell wirksam war, wenn auch in geringerem Maße im Vergleich zur Behandlung mit dem vollen Sekretom.

Im Rattenmodell führte die Behandlung mit LSC-sec ebenfalls zu signifikanten Verbesserungen der Lungenfunktion der Tiere, die bei Mäusen nicht beurteilt werden konnten. Darüber hinaus zeigte die Analyse anderer Organe der Ratten - einschließlich der Niere und des Herzens - keine offensichtlichen Anzeichen von Toxizität im Zusammenhang mit der LSC-sec-Behandlung.

Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Studie darauf hin, dass die Inhalation von LSC-sec für Menschen mit IPF therapeutisch sein könnte.


"Hoffentlich unternehmen wir unsere ersten Schritte in Richtung einer effizienten, nicht-invasiven und kostengünstigen Methode zur Reparatur geschädigter Lungen", sagte Cheng und fügte hinzu, dass diese Erkenntnisse Auswirkungen haben könnten, die über die IPF hinausgehen.

"Angesichts der Wirksamkeit der Therapie bei verschiedenen Modellen von Lungenfibrose und -entzündung planen wir, den Test auf weitere Lungenkrankheiten auszudehnen, darunter chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD), akutes Atemnotsyndrom (ARDS) und pulmonale Hypertonie (PH)", fügte Cheng hinzu.

"Die Erkenntnis, dass Produkte, die durch Lungenstammzellen freigesetzt werden, bei der Behandlung von Lungenfibrose genauso wirksam, wenn nicht sogar noch wirksamer sein können als die Stammzellen selbst, kann eine wichtige Erkenntnis sein, die Auswirkungen auf viele andere Krankheiten haben kann, für die eine Stammzellentherapie entwickelt wird", sagte Dr. Kenneth Adler, Professor am NC State und Mitautor der Studie