Persönliche Gesundheit

Bronchien-on-a-chip-Technologie zeigt auf, warum es schwierig ist für asthma-Patienten, Erleichterung zu finden

Die Bronchien, ein Netzwerk von Rohren, liefert Luft in die Lunge, sind eingehüllt, durch die Saiten des Muskels genannt airway smooth muscle. Niemand weiß, was der physiologischen Funktion dieser Muskeln dienen, aber der Allgemeine Konsens ist, dass Sie verkümmerten überbleibsel aus der evolutionären Vergangenheit. Das ist, warum der Atemwege glatten Muskelzellen ist manchmal bezeichnet als „Anhang der Lunge.“ Wie der Blinddarm sein, es kann auch eine Quelle von ernsthaften medizinischen Problemen. Wie bei jedem Muskel im Körper, die Atemwege glatte Muskulatur kann plötzlich Vertrag. Ähnlich wie Hunderte von kleinen Händen quetschen und Würgen die Atemwege, kann dies dazu führen, Schwierigkeiten beim atmen oder im schlimmsten Fall zum Tod durch ersticken.

Diese plötzliche Verengung der Atemwege genannt wird, Bronchospasmus, und es kann auftreten, bei gesunden Menschen, und in diejenigen, die leiden unter schweren Atemwegserkrankungen wie asthma oder COPD. Bronchospasmen können ausgelöst werden durch eine Vielzahl von Faktoren. Einige häufige Auslöser sind Allergene (wie z.B. Staub und Haustier dander), kalte Luft, Bewegung, Medikamente (vor allem aspirin), schwankende Hormonspiegel, Infektionen und Rauchen. Bei nicht-asthmatischen Personen, Bronchospasmus ist in der Regel rückgängig gemacht, sobald der Auslöser entfernt wird, oder nach dem nehmen Sie ein paar Tiefe Atemzüge. Bei Menschen, die an asthma leiden, allerdings, Bronchospasmus und damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Atmung fortbestehen können, lange nachdem die Auslöser entfernt werden.

Warum Bronchospasmus wirkt so anders als bei gesunden Menschen vs. Menschen mit asthma ist nicht klar. Nun, eine Zusammenarbeit team, geführt von den Forschern von der Johns Hopkins und Yale berichten in einer Studie, veröffentlicht in der Natur der Biomedizinischen Technik.

„Bronchospasmus umfasst sowohl die mechanischen und chemischen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Zelltypen in den Atemwegen. Dies macht es schwer, eine kontrollierte Studie auf der Grundlage der tatsächlichen Atemwege, weil es schwierig ist, die Kontrolle der experimentellen Bedingungen, die in diesen Systemen, wie quantitative Evaluierung der mechanischen Antworten von Zellen oder isolieren von zellulären Sekreten“, sagt Onur Kilic, die Studie Hauptautor. Er erstellt die Technologie als einer der American Heart Association postdoctoral fellow an der Johns Hopkins. „Um diesem zu begegnen, haben wir ein microdevice nachahmt, einige der physiologischen Funktionen der Bronchien, die wichtig sind für das Verständnis, warum Bronchospasmus wirkt, wie es funktioniert bei Menschen mit asthma.“

Die Silikon-polymer-microdevice ist gefüttert mit Asthma Atemwege Zellen aus asthmatischen und nicht-asthmatischen Lungen-Geber zu testen, die Unterschiede in den Mechanismen, die zu Bronchospasmus. Das Gerät ist in der Lage zu atmen, die Luft in und aus und simuliert einen Prozess ähnlich zu Bronchospasmus, wobei Zellen der Atemwege komprimiert werden. Mit dem Gerät, das team erreichte mehrere unerwartete Erkenntnisse.

Es stellt sich heraus, dass, wenn die glatten Muskeln, verengt die Atemwege während des Bronchospasmus nach einem Auslöser wie Rauch, eine positive feedback-Schleife beginnt. Erstens, die verengten Atemwege, aktiviert einen zellulären Mechanismus, der erkennt, der mechanische stress zu Bronchospasmus. Dies initiiert die Sekretion von Hormon-ähnliche verbindungen genannt Prostaglandine. Prostaglandine können dazu führen, dass weitere Kontraktion der Muskeln, was zu noch mehr Verengung der Atemwege auslösen. Zum Glück, das positive feedback ist vorübergehend, als über längere Zeiträume, die Prostaglandine beginnen, initiieren Sie eine negative feedback-Schleife.

Im normalen airways, bald nach dem trigger entfernt, ist dieses negative feedback schnell entspannt sich die kontrahierte glatte Muskulatur. In asthmatischen Atemwegen, die glatte Muskulatur ist hyperresponsive, was bedeutet, es ist mehr reaktiv und Verträge leichter in Reaktion auf ein trigger. Für moderate Fälle von Asthma, hyperreaktivität, die aktiviert negatives feedback entspannt die Atemwege nach einem längeren Zeitraum im Vergleich zu normalen Atemwegen. Und bei schweren Asthma-Fällen, die glatt Muskel kontrahiert, so stark, dass die ersten positiven feedback-Schleife genügt, um es zusammengezogen, auch wenn der negative feedback loop aktiviert ist. Als Folge, die Menschen leiden an schwerem asthma kann nicht finden, Linderung, auch wenn der ursprüngliche Auslöser, wie Rauchen, wird der Umwelt entzogen.