关于使用机械通气来挽救呼吸窘迫患者生命的一个不幸的事实是，用于使肺部充气的压力可能会导致进一步的肺损伤。
在一项新的研究中，科学家们发现了一种由免疫细胞在机械通气过程中产生的分子，这种分子试图减少炎症，但不能完全防止呼吸机引起的肺部损伤。
该团队正致力于开发这一自然过程，以寻求一种可以降低呼吸机患者肺部损伤的治疗方法。在机械通气的小鼠体内，将高水平的纳米分子与有益分子结合，可以有效地防止呼吸机相关的肺损伤。
“我们的数据表明，肺部知道它们不应该以这种方式过度膨胀，免疫系统会尽最大努力来修复它，但不幸的是，这还不够，”俄亥俄州立大学韦克斯纳医学中心(Ohio State University Wexner Medical Center)肺部、危重护理和睡眠医学助理教授、该研究的共同主要作者约书亚·a·恩格勒特(Joshua A. Englert)博士说。“我们如何利用这种反应，借鉴大自然的做法，并加以补充?”这就引出了这项研究的治疗目的。”
这项工作建立在共同第一作者、俄亥俄州立大学生物医学工程教授和主席Samir Ghadiali实验室的研究结果的基础上，他多年来一直研究机械通气过程中产生的物理力是如何激活炎症信号并导致肺损伤的。
Ghadiali说，其他实验室在设计通风系统以减少对肺部的伤害方面的努力还没有取得成功。
他说:“我们还没有找到在临床环境中完全消除损伤机械力的方法。”“另一种选择是使用一种药物来减少由机械压力引起的损伤和炎症。”
这项研究发表在今天(2021年1月12日)的《自然通讯》杂志上。
虽然治疗人类的方法还需要数年时间，但这一进展是在比以往任何时候都更多的患者需要机械通气的时候取得的:由于正在进行的COVID-19大流行，急性呼吸窘迫综合征(ARDS)病例激增。ARDS是导致呼吸衰竭的最常见原因之一，导致患者需要使用呼吸机。
“在新冠肺炎之前，美国每年有数十万例ARDS病例，其中大多数需要机械通气。但在过去一年里，有2100万名COVID-19患者面临风险，”治疗ICU患者的医生恩格勒特说。
对换气的免疫反应和随之而来的炎症会加剧病人肺部的积液和低氧水平，这些病人已经病得很重，需要生命支持。
机械通气时减轻炎症反应的分子被称为microRNA-146a (miR-146a)。MicroRNAs是RNA的一小段，它可以抑制基因的蛋白质构建功能——在这种情况下，它可以关闭促进炎症的蛋白质的产生。
这组科学家发现，肺中被称为肺泡巨噬细胞的免疫细胞——其职责是保护肺部免受感染——在模拟机械通气的压力下会激活miR-146a。这一行动使mir - 146成为机体发起的先天或即时免疫反应的一部分，以开始对抗它认为是感染的机械通气。
“这意味着免疫系统的先天调节器会被机械压力激活。这让我认为它的存在是有原因的，”Ghadiali说。他说，这个原因是为了帮助平息产生microRNA的免疫反应的炎症性质。
研究小组对暴露在机械压力下的供体肺细胞和微型呼吸机上的小鼠进行了一系列测试，证实肺泡巨噬细胞中miR-146a水平中度增加。缺乏microRNA的转基因小鼠的肺比正常小鼠的肺受到的通气损伤更严重，这表明miR-146a在机械呼吸辅助过程中对肺的保护作用。最后，研究人员检测了呼吸机上ICU患者的肺液细胞，发现他们的免疫细胞中miR-146a水平也增加了。
问题在于:正常情况下，miR-146a的表达水平不足以阻止长时间通气对肺的损害。
预期的治疗方法是将高得多的miR-146a直接引入肺部，以避免可能导致损伤的炎症。当miR-146a在随后暴露于机械应激的细胞中过表达时，炎症减轻。
为了在呼吸机上的小鼠身上测试这种治疗方法，该团队将含有miR-146a的纳米颗粒直接输送到小鼠的肺部，这导致了miR-146a分子的数量增加了1万倍，这种分子可以减少炎症并保持氧气水平正常。在接受“安慰剂”纳米颗粒的通气小鼠的肺中，miR-146a的增加是适度的，几乎没有提供保护。
从这里开始，该团队正在测试操纵其他细胞类型中的miR-146a水平的效果——这些功能可能有显著差异，这取决于每种细胞类型的工作。
Ghadiali说:“在我看来，下一步是演示如何使用这种技术作为一种精确的工具，来瞄准最需要它的细胞。”
这项研究由工程学、肺医学和药物输送方面的研究人员在俄亥俄州立大学戴维斯心肺研究所(DHLRI)进行，Englert和Ghadiali在该研究所设有实验室，并与俄亥俄州立大学研究生、MD/PhD培训项目的Christopher Bobba和药学院的Qinqin Fei共同领导这项研究。
其他俄亥俄州立大学的共同作者包括DHLRI调查员Vasudha Shukla, Hyunwook Lee, Pragi Patel, Mark Wewers, John Christman和Megan Ballinger;医学院的Carleen Spitzer和MuChun Tsai;以及药学院的罗伯特·李。波士顿布莱根妇女医院的瑞秋·普特曼也参与了这项研究。
这项研究得到了美国国立卫生研究院、国防部和俄亥俄州总统奖学金的资助。
