Międzynarodowy zespół badaczy kierowany przez UCL, Great Ormond Street Hospital oraz KU Leuven wykorzystuje druk 3D i nanodiamenty do projektowania terapii, które mogą pomóc dzieciom naprawić uszkodzone płuca jeszcze w łonie matki.
Nowe badania opublikowano w American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine (Blue Journal).
Wrodzona przepuklina przeponowa (WPP) to poważna choroba dotykająca 1 na 3000 noworodków. Oznacza to, że przepona (mięsień pomiędzy jamą brzuszną a klatką piersiową) nie rozwinęła się w pełni. W rezultacie narządy, które powinny znajdować się w jamie brzusznej, mogą łatwo przemieścić się do klatki piersiowej i uciskać delikatnie rozwijające się płuca, przez co dziecko nie ma miejsca na pełny rozwój płuc. W najcięższej postaci, a także bez leczenia, mniej niż 25% dzieci urodzonych z WPP przeżywa po narodzinach.
Obecnie leczenie może obejmować skomplikowaną operację wykonywaną w czasie ciąży – do tchawicy płodu wprowadza się balon chirurgiczny, aby stymulować wzrost płuc (zabieg ten znany jest jako fetoskopowa okluzja tchawicy – FETO). Zwiększa to przeżywalność do 50%, ale konieczne jest opracowanie lepszych metod.
Czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) to hormon wzrostu, który wspiera rozwój płuc w okresie ciąży, ale jego poziom jest znacznie niższy w płucach dzieci z WPP.
Aby dostarczyć więcej VEGF do płuc dziecka w sposób bezpieczny, kontrolowany i trwały, zespoły badawcze połączyły VEGF z mikroskopijnym systemem dostarczania opartym na nanodiamentach – nanocząstkach węgla mniejszych niż grubość ludzkiego włosa. Prace prowadzono głównie w Zayed Centre for Research, a wsparcie finansowe w wysokości około ćwierć miliona funtów zapewniła organizacja GOSH Charity.
Aby sprawdzić skuteczność systemu dostarczania VEGF, zespół opracował ludzkie „miniaturowe płuca” hodowane w laboratorium z kluczowymi cechami WPP i pracował z różnymi modelami zwierzęcymi tej choroby. Dzięki porównaniom zespół wykazał, że zastosowanie systemu VEGF równocześnie z procedurą FETO prowadziło do najzdrowszych płuc.
Modelowanie wrodzonej przepukliny przeponowej
Aby odtworzyć chorobę i ucisk płuc obserwowany w WPP u ludzi, zespoły wykorzystały druk 3D bezpośrednio wokół ludzkiej tkanki płucnej hodowanej w laboratorium w Zayed Centre for Research. Te hodowane w laboratorium miniaturowe płuca były niedorozwinięte, gdy poddano je uciskowi wydrukowanemu w 3D, co symulowało stan chorobowy i czyniło z nich dobre modele do badania systemu dostarczania VEGF.
Współautor badań, dr Stavros Loukogeorgakis, chirurg z Great Ormond Street Hospital i profesor nadzwyczajny chirurgii dziecięcej w UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, powiedział:
„Nanodiamenty, druk 3D i hormony wzrostu w łonie matki brzmią trochę jak science fiction, wiemy o tym, ale te badania naprawdę pokazują, co jest możliwe. Jak mówi znane powiedzenie: diamenty są wieczne, więc teraz chcemy stworzyć system dostarczania, który rozkładałby się wraz ze wzrostem dziecka. To nie jest problem nie do pokonania i możemy być w stanie zaoferować tę terapię pierwszym rodzinom już za pięć lat”.
Profesor Paolo De Coppi, chirurg w GOSH i profesor chirurgii dziecięcej NIHR w UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, dodał:
„VEGF jest silnym mediatorem wzrostu w naszym organizmie i może pomóc w tworzeniu nowych naczyń krwionośnych i mięśni, ale niekontrolowany lub podany w dużych dawkach może przyczyniać się do chorób. Zastosowanie systemu dostarczania, takiego jak nanodiamenty, było kluczowe, aby sprawdzić, czy VEGF może działać tak, jak tego chcemy – tam, gdzie tego chcemy – i w sposób kontrolowany. Dzięki współpracy międzynarodowych i multidyscyplinarnych zespołów mogliśmy korzystać z różnorodnych modeli, czego nie moglibyśmy zrobić, pracując w pojedynkę – współpraca jest kluczem”.
Profesor Jan Deprest, chirurg prenatalny w UCLH i KU Leuven, profesor położnictwa i ginekologii, powiedział:
„To badanie pokazuje dwie istotne rzeczy. Po pierwsze, nowa terapia prawdopodobnie wzmocni efekt chirurgii prenatalnej, którą możemy zaoferować dziś. Po drugie, możemy odtworzyć chorobę za pomocą miniaturowych płuc pochodzących z płodu w laboratorium, aby testować przed narodzinami leki, które mogą uratować życie po narodzinach. Ta współpraca ponownie pokazuje, jak ważna jest współpraca międzynarodowa, szczególnie w przypadku chorób rzadkich”.
Rodziny dotknięte WPP
WPP występuje u około 1 na 3000 porodów, a Great Ormond Street Hospital leczy około jedno dziecko miesięcznie z tą chorobą. Dzięki multidyscyplinarnej współpracy między GOSH i UCLH rodziny otrzymują obecnie konsultacje, wsparcie oraz – jeśli wskazane – procedurę FETO.
Historia Amelii
Amelia miała zaledwie kilka dni, gdy została przeniesiona do GOSH na ratującą życie operację z powodu WPP. Jej choroba została wykryta podczas badania USG, gdy mama, Georgia, była w ciąży.
Georgia Turner, 26-letnia mieszkanka Croydon w południowym Londynie, powiedziała:
„Moja ciąża i poród były całkowitym wirusem wydarzeń po tym, jak u Amelii zdiagnozowano WPP. Nigdy wcześniej o tym nie słyszałam, a potem uświadomiłam sobie, jak poważna to sprawa. Miałam dodatkowe badania i leczenie w moim lokalnym szpitalu, a zespół miał nadzieję, że stan Amelii będzie tylko umiarkowany.
Niestety, po narodzinach Amelii, zespół kliniczny powiedział mi, jak poważna była jej choroba, ponieważ jej jelita i żołądek przemieściły się do klatki piersiowej. Została przewieziona do GOSH i podłączona do aparatury wspomagającej oddychanie i serce. Zespół sądził, że będzie musiała być podłączona do maszyny przez kilka tygodni, ale odłączono ją po kilku dniach. To prawdziwa mała wojowniczka!”.
Amelia spędziła cztery miesiące na oddziale neonatologicznym w GOSH, a następnie kolejne trzy miesiące w lokalnym szpitalu, zanim wróciła do domu z mamą.
Obecnie jako 16-miesięczne, pełne energii dziecko, Amelia robiła wielkie postępy, dopóki jej WPP nie nawróciła. To rzadkie powikłanie, które może dotknąć nawet 20% dzieci z tą chorobą. Po potwierdzeniu nawrotu na zdjęciu rentgenowskim Amelia wróciła do GOSH na kolejną specjalistyczną operację.
Georgia dodała:
„Teraz, kiedy jest dużo większa i silniejsza, dobrze poradziła sobie z drugą operacją WPP. Potrzebowała wsparcia oddechowego tylko przez jedną noc na oddziale intensywnej terapii, a rano rozmawiała już z personelem! Bardzo szybko wróciła do formy, co wspaniale było zobaczyć.
Nie miałam żadnych wyraźnych sygnałów ostrzegawczych, że WPP Amelii nawróciła, co było naprawdę niepokojące. Nowe badania dają nadzieję, że eksperci znajdą sposoby na skuteczniejsze i mniej inwazyjne leczenie WPP. Mam nadzieję, że lepsze terapie pomogą też zapobiegać nawrotom, takim jak u Amelii”.
Wsparcie badań
Prace te były wspierane przez NIHR GOSH Biomedical Research Centre, stypendium NIHR dla jednego z głównych autorów oraz przez BREATH Consortium for Lung Regeneration Longfonds i organizację CDH-UK (The Congenital Diaphragmatic Hernia Charity), wspierającą rodziny poprzez badania, informacje oraz pomoc emocjonalną i praktyczną.
Źródło: University College London, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine
DOI: 10.1164/rccm.202401-0161OC
