人工血管模拟罕见的加速老化疾病

2020-05-28 85罕见病

人工血管模拟罕见的加速老化疾病,生物医学工程师培育出微型人体血管,显示出许多与哈钦森-吉尔福德早衰综合征相关的症状和药物反应,这是一种极为罕见的基因疾病,可导致类似于儿童加速衰老的症状。

这项技术将帮助医生和研究人员更快地筛选出该病的潜在治疗方法,最终为个性化筛选创造一个平台。这项技术还为研究其他罕见疾病提供了一种新的方法,并可为老年人心脏病的治疗提供见解。

这项研究于8月15日发表在《科学报道》杂志的网络版上。

杜克大学生物医学工程博士研究生、该研究的第一作者利·阿奇森说:“目前为这种疾病开的一种药物能延长患者3个月的生命,这被认为是一项重大的壮举。”他们正在寻找任何能延长寿命几个月的东西。真是太可怕了。”

Hutchinson-Gilford Progeria综合征

Hutchinson-Gilford Progeria综合征(简称Progeria)是一种非遗传性遗传性疾病,由基因组中的单点突变引起。这是如此罕见和致命,目前只有约250个已知的案件在世界各地。

Progeria是由一种叫做progerin的缺陷蛋白触发的,这种蛋白在细胞核外聚集,而不是成为其结构支持系统的一部分。这会导致细胞核呈现出异常的形状,并抑制其分裂的能力。由此产生的症状看起来很像加速衰老,受影响的患者通常在14岁前死于血管衰弱引起的心脏病。

杜克大学生物医学工程的R.Eugene和Susie E.Goodson教授George Truskey说:“Progeria不被认为是遗传性的,因为没有人活得足够长,可以遗传。”目前有75名儿童正在进行临床试验,考虑到这种疾病的罕见性,这是令人吃惊的。但由于15种化合物正在考虑进行试验,这一数学计算最终无法得出结论。你不能在人类身上尝试所有这些药物或它们的各种组合,所以我们希望我们的平台能提供一种替代的测试方法。”

血管很难模拟,因为血管壁有多层细胞,包括内皮细胞和基质。内皮细胞是所有与循环血液相互作用的血管的最内层。培养基主要由平滑肌细胞组成,这些细胞有助于控制体内血液的流动和压力。

研究人员认为,正是这些平滑肌细胞的退化最终导致心脏病和心力衰竭,因此常导致早衰患者死亡。但是由于progeria患者太少,因此在患者中进行研究是非常困难的。

阿奇森说:“因为这是一种很难研究的疾病,我们想看看是否能利用人类细胞创造一个更准确地代表疾病的平台,然后用于药物测试。”因此,我们试图利用从患有早衰患者身上提取的细胞诱导的多能干细胞来培育微型人工血管。”

人工血管模拟罕见的加速老化疾病

人工血管模拟罕见的加速老化疾病计划奏效了。在仅仅4周的生长过程中,这些工程血管就表现出了许多疾病患者的症状——简单的细胞培养无法重现的症状。血管对药物也有类似的反应,揭示了当前治疗方法的细微差别。

虽然血管在服用雷帕霉素类似物一周后显示出功能改善,但一种被称为依维莫司的药物、钙化和其他心血管疾病症状仍然存在。这意味着该药物可以帮助平滑肌细胞更好地工作,但不能纠正潜在的症状。

“这就是为什么我们的系统会如此有用,”阿奇森说它可以准确地告诉我们,该药物正在以更快、更高吞吐量的方式做什么,以及我们是否需要第二次治疗来解决该疾病的其他方面。”

这一成功也可能有助于其他罕见疾病的研究。

特鲁斯基说:“我们最高兴的是,这证明了在实验室建立一种罕见疾病的血管模型的原理,以便更好地了解它,并有望开发出一种治疗方法。”

这项研究还可以提供一些老年人特别容易患心脏病的原因。许多心脏病患者都显示了相同的progerin蛋白积累,因此研究人员认为这两种情况之间可能存在联系。

局限性

当然,新的人造血管也有局限性。它们不与任何外部器官相连,也不嵌入活人复杂的生物学中。

阿奇森说:“我们在这项研究中只从早衰患者身上产生了平滑肌细胞,但他们的内皮细胞也可能发挥重要作用。”如果我们也能将来自患者自身细胞的内皮细胞纳入模型,那么我们就可以为这些患者创建一个更加个性化的测试平台。”

引用

Duke University. "Artificial blood vessels mimic rare accelerated aging disease: Lab-grown blood vessels provide platform for studying premature aging syndrome and other rare diseases." ScienceDaily. ScienceDaily, 15 August 2017. www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170815095117.htm.

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