Lab on a Chip: Разработан аппарат для диагностики повреждений легких после ИВЛ

Учёные смогли сравнить различные виды повреждений, которые наносит механическая вентиляция клеткам лёгких.

В исследовании, проведённом с использованием модели ИВЛ, разработанной в Университете штата Огайо, выяснилось, что наиболее травмирующим типом повреждения является напряжение сдвига, возникающее при схлопывании и повторном открытии воздушных мешков.

Модель имитирует повреждение лёгких во время механической вентиляции, а также восстановление и репарацию клеток человека в режиме реального времени, говорит соавтор исследования Самир Гадиали, профессор и заведующий кафедрой биомедицинской инженерии в Университете штата Огайо.

Гадиали сказал, что с помощью этого устройства объединяются физическое повреждение и биологические процессы.

Также устройство поможет в поисках методов лечения повреждений лёгких, вызванных ИВЛ.

Соавтор исследования Джошуа Энглерт выразил надежду, что это достижение позволит лучше понять, как развивается повреждение лёгких у пациентов с механической вентиляцией, и определить терапевтические мишени. Это даст возможность предотвращать или лечить такое повреждение.

Исследование опубликовано в журнале Lab on a Chip.

Аппараты искусственной вентиляции лёгких спасают жизни пациентов с тяжёлыми нарушениями дыхания, но они также могут повреждать лёгкие.

Повреждения на клеточном уровне приводят к тому, что барьер между воздушными мешочками и капиллярами становится негерметичным. В результате в лёгких скапливается жидкость, которая препятствует поступлению кислорода.

Исследователи разработали инновационный подход для измерения изменений в клетках лёгких в реальном времени. Они выращивают клетки лёгких человека на синтетической нановолоконной мембране, которая имитирует сложную структуру лёгочной ткани. Это устройство более точно воспроизводит микросреду вентилируемых лёгких, чем существующие системы легочных чипов.

Устройство измеряет, как три типа механических нагрузок влияют на барьер: растяжение клеток при переполнении, давление на клетки и схлопывание и открытие воздушных мешков.

Эксперименты показали, что передувание большим объёмом воздуха и схлопывание с последующим открытием воздушных мешков нарушают герметичность барьера. При этом клетки быстрее восстанавливаются после передувания, чем после схлопывания и открытия.

По словам Энглерта, схлопывание и последующее открытие могут быть более проблематичными, так как заставляют жидкость в лёгких двигаться, подвергая клетки большому напряжению сдвига.

Учёный сказал, что у них было мало данных для сравнения этих двух повреждающих сил в одной системе. Но теперь они могут использовать одно и то же устройство с одними и теми же клетками, чтобы вызвать оба типа повреждений.

Данные показывают, что ни один из этих типов повреждений не является безопасным: оба травмируют клетку. Коллапс и повторное открытие, по-видимому, особенно опасны и затрудняют восстановление.

По словам Гадиали, этот вывод демонстрирует сложность модели.

Раньше мы знали, что коллапс и повторное открытие — это травмирующий процесс, но не могли измерить его в реальном времени. Теперь мы знаем, что он происходит быстро и требует много времени для восстановления. Мы хотим использовать вентилятор на чипе, чтобы предотвратить повреждение или ускорить восстановление.

Мы разрабатываем модели заболеваний, таких как пневмония, и травматических повреждений, с которыми сталкиваются пациенты в отделении интенсивной терапии. Эти модели также включают механическое воздействие.

Энглерт сказал, что мы пока на ранних стадиях разработки этих моделей. Но они помогут нам лучше понять сложность повреждения лёгких у пациентов отделения интенсивной терапии.

19.09.2024