לראשונה, מדענים מסוגלים להשוות ישירות בין סוגי הפציעות השונות שגורם אוורור מכני לתאים בריאות.
במחקר חדש, באמצעות מודל הנשמה-על-שבב שפותח באוניברסיטת אוהיו סטייט, חוקרים מצאו כי מתח גזירה מקריסה ופתיחה מחדש של שקי האוויר הוא סוג הנזק הפוגע ביותר.
מודל "איבר-על-שבב" מיניאטורי זה מדמה לא רק פגיעה ריאתית במהלך אוורור מכני, אלא גם תיקון והתאוששות, בתאים שמקורם באדם בזמן אמת, אמר הסופר המוביל סמיר גדיאלי, דוקטורט, פרופסור ויו"ר הנדסה ביו-רפואית במדינת אוהיו.
הנזק הראשוני הוא פיזי בלבד, אבל התהליכים לאחר מכן הם ביולוגיים באופיים – ומה שאנחנו עושים עם המכשיר הזה הוא חיבור בין השניים".
סמיר גאדיאלי, דוקטורט, פרופסור ויו"ר להנדסה ביו-רפואית במדינת אוהיו
הצוות מקווה שהמכשיר יעזור גם בחיפוש אחר טיפולים לטיפול בפציעת ריאות הנגרמת על ידי הנשמה.
"זו התקדמות חשובה בתחום שתאפשר בתקווה הבנה טובה יותר של האופן שבו פגיעה בריאות מתפתחת בחולים מאווררים מכנית וזיהוי מטרות טיפוליות כדי שנוכל לתת תרופות למניעת פציעה מסוג זה או לטפל בה כאשר היא מתרחשת, " אמר הסופר הראשי ג'ושוע אנגלרט, MD, פרופסור חבר לרפואת ריאות, טיפול קריטי ורפואת שינה במרכז הרפואי וקסנר של אוניברסיטת אוהיו סטייט.
המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת מעבדה על צ'יפ.
מאווררים מצילים את חייהם של חולים עם בעיות נשימה קשות הקשורות למחלה או טראומה, אך ידוע מזה זמן רב שגם הכוחות המכניים המופעלים על הריאות גורמים לפציעה. הנזק ברמה התאית עלול לגרום לדליפה של המחסום בין שקי אוויר זעירים לנימים הנושאים דם, מה שמוביל להצטברות נוזלים שמפריעה לחמצן להגיע לריאות.
ערך מיוחד הוא מדידת ההנשמה-על-שבב של שינויים בזמן אמת בתאים המשפיעים על שלמות המחסום, המתאפשרת על ידי גישה חדשנית: גידול תאי ריאה אנושיים על קרום ננו-סיבי סינתטי המחקה את מטריצת הריאות המורכבת. זה קרוב יותר למיקרו-סביבת הריאות המאווררת האותנטית מכל מערכות שבבי ריאות דומות עד כה, אומרים החוקרים.
המכשיר מודד את ההשפעות של שלושה סוגים של לחץ מכני על שלמות המחסום: מתיחה של תאי ריאה כתוצאה מניפוח יתר, לחץ מוגבר על תאי הריאה וקריסה מחזורית ופתיחה מחדש של שקי האוויר.
ניסויים הראו כי ניפוח יתר עם נפח גבוה של אוויר וקריסה מחזורית ופתיחה מחדש של שקי האוויר הובילו את המחסום לדלוף, אך התאים יכלו להתאושש מהר יותר מניפוח יתר מאשר מפתיחה וסגירה חוזרת של שקי אוויר.
אנגלרט אמר כי הקריסה והפתיחה מחדש עשויות להיות בעייתיות יותר מכיוון שהיא גורמת לנוזל בריאות לנוע, וחושפת את התאים לכמויות גבוהות של מתח גזירה.
"באמת לא היו הרבה נתונים שיכולים לאפשר השוואה בין שני הכוחות הפוגעים באותה מערכת", אמר. "אבל עכשיו בפעם הראשונה, אנחנו יכולים להשתמש באותו מכשיר עם אותם תאים ולגרום לשני סוגי הפציעות ולראות מה קורה. הנתונים שלנו מצביעים על כך שאף אחד מהם לא טוב, שניהם פוגעים, אלא שההתמוטטות נראה שהפתיחה המחודשת חמורה יותר ומקשה על ההתאוששות".
ממצא זה היה הדגמה לתחכום של המודל, אמר גאדיאלי.
"ידענו הרבה זמן שקריסה ופתיחה מחדש היא כוח די פוגע, אבל אף פעם לא יכולנו למדוד את זה בזמן אמת", אמר. "כעת, כשאנחנו יודעים שפציעת התמוטטות ופציעה חוזרת מתרחשת הרבה יותר מהר ולוקח הרבה זמן להתאושש, אנחנו מתכננים להשתמש במכשיר ההנשמה על שבב כדי להבין איך למנוע את הפציעה הזו ו/או לשפר את התיקון".
השלבים הבאים כוללים מודלים של מחלות כגון דלקת ריאות ופציעות טראומטיות שחווים חולי טיפול נמרץ בשילוב עם פעולה מכנית.
"אנחנו בשלבים מוקדמים של פיתוח חלק מהמודלים האלה, צוללים קצת יותר לעומק המורכבות של פציעת ריאות בחולי טיפול נמרץ", אמר אנגלרט. "המודל הזה הוא פלטפורמה שאנחנו יכולים לבנות עליה."
גאדיאלי ואנגלרט, גם חוקרים במכון לחקר הלב והריאות של דייוויס במדינת אוהיו, זיכו את הסופרת הראשונה באסיה גאבלה-זוניגה, שקיבלה לאחרונה את הדוקטורט שלה בהנדסה ביו-רפואית, בכך שהפרויקט עבר את קו הסיום, והכירו בתרומת המכללה להנדסה. שותפות לכותבות הת'ר פאוול ונטליה היגויטה-קסטרו. מחברים שותפים נוספים היו Vasudha Shukla וכריסטופר Bobba ממדינת אוהיו.
עבודה זו נתמכה על ידי מכוני הבריאות הלאומיים ומשרד ההגנה האמריקאי.
