科学家开发蛋白质模拟帮助受伤的肺呼吸

材料可以用来合成电影的外套内表面肺,可能导致更好,更便宜的人类治疗急性肺损伤。

一位斯坦福大学研究员生物工程的有效蛋白模拟恢复受伤的老鼠的肺呼吸能力,根据一项新的研究。

这个合成产品可能导致更好,更便宜的治疗急性肺损伤在人类身上。当使用的老鼠,它等于或超过一个昂贵的自然对应在一些生理指标,研究说。

一篇论文描述了5月1日在网上发表的研究科学报告。

想象的力量需要吹一个气球的面积几乎与一个网球场。为了让事情挑战,进一步想象,气球是精巧微妙的材料做的。气球是你的肺,你的每一次呼吸是一个奇迹。什么是可以涂上一层薄薄的soaplike电影,或表面活性剂,降低肺的内表面的张力,从根本上降低吸入所需力的大小。如果没有这个表面活性剂,你不能呼吸。

“肺表面活性剂具有神奇的生物属性,“安妮奈斯,瑞尔斯说,巴伦,生物工程博士,副教授。”这是存在的关键,在表面活性剂中,两个特殊的蛋白质的结构独特的使他们降低表面张力。”But those same amazing structural properties, she said, also make these proteins difficult to synthesize and purify, and relatively unstable in solution, limiting shelf-life and increasing price.

”其中一个包含最疏水,或fat-resembling,所有已知的人类蛋白质的化学成分,“巴伦说。“真的很难处理,因为脂肪拉伸使其倾向于丛,其活动给毁了。”

新研究中,巴伦,致力于稳定,合成替代品这些特殊蛋白质20年来,似乎接近成功。她与路德Veldhuizen股票研究的高级作者,博士,医学和生理学和肿瘤学副教授安大略西部大学的团队进行动物实验。安Czyzewski研究的主要作者,博士,《巴伦周刊》前西北大学研究生,巴伦前斯坦福大学工作。

第一大挑战

呼吸是第一大挑战新生面孔。在美国,每年有20000 - 30000婴儿过早产生自己的天然表面活性剂处理一个动物种类,这是昂贵的。只有在较富裕的国家,这种拯救生命的治疗发生:一个瓶的成本包含足够的动物天然表面活性剂外套的小肺一个新生的婴儿,是禁止的在发展中国家。

成年的肺部超过20倍一个婴儿是他们的表面积的方法一个网球场,巴伦said-pricing天然表面活性剂的许多威胁生命的急性肺损伤的情况下,影响200000名成年人每年在美国。表面活性剂功能障碍会导致严重的肺部感染,包括细菌性和病毒性肺炎;lung-collapsing创伤的影响,比如那些发生在一场车祸;人几乎溺死或拥有吸入的水;药物过量或愿望的外国材料。

具有讽刺意味的是,试图保持呼吸通过机械人工呼吸设备呼吸的患者常常导致surfactant-depleting肺部感染,巴伦说。“人风通风在重症监护病房的病人插管。呼吸管插入他们的鼻子和螺纹到肺部,”她说。“如果插管持续超过三天,他们获得的机会肺部感染上升到100%。”Even four hours spent on a ventilator spells a 1-in-6 chance of肺感染。

直到最近,唯一的方式获得功能性表面活性剂是冲洗的肺牛、或化学提取猪肺的养殖。“你得到每个动物,只有少量“巴伦说。“不管你收集,你必须小心的净化,是材料非常脆弱,你不能把它与高温杀死微生物病原体。”

近年来,一种更便宜的替代品已经成为可用。它包含一个水性脂肪脂质以及分散的短蛋白质片段,在某种程度上,模仿自然同行的surface-tension-reducing功能,表面活性剂的蛋白质。虽然比什么都不做好得多,但这并不像动物那样有效的表面活性剂混合物。

两种蛋白质的合成模拟

《巴伦周刊》设计师聚合物,称为peptoids,有特定的序列和螺旋结构模拟的关键生物活性部分两个重要蛋白质,蛋白质表面活性剂B和C,发现在肺部。模仿,她叫pB和pC,类似于蛋白质。但是他们的组件构建块巧妙地从这些不同的蛋白质的方式让他们极其耐分解热或身体自然产生的酶称为蛋白酶。此外,他们更倾向于聚集成块,比自然同行失去生物活性。他们可以在四分之一到三分之一的合成表面活性剂的获取成本从动物或可用的合成版本。

最重要的是,包含个人电脑的啮齿动物研究表明,表面活性剂优于动物表面活性剂在补氧的血液,这是肺的主要目的。

审判的两个设计师物质攻击动物提取和控制解决方案。研究人员管理不同表面活性剂候选人麻醉大鼠的肺被冲洗掉他们自己的天然表面活性剂,然后评估几个生理结果在不同的时间点。解决方案包含电脑等于或优于动物表面活性剂在每个成果—“令人震惊的结果,”据巴伦。

“这开辟了新的领域,”巴伦说。“我们相对简单的合成模拟一个非常复杂的材料将会有一个更长的保质期,可以在大量以合理的价格。我们希望足够合理,第一次可能进行的临床试验在成人在重症监护病房已经插管,谁将最终受益很大的表面活性剂替代。会,最后,也可用早产儿在玻利维亚这样的发展中国家,我父亲出生的地方。”

未来进一步的临床前和临床试验在那一天到来之前,她补充道。

斯坦福大学医学工作是一个专注于精密的健康,我们的目标是准确地预测和预防疾病的健康和疾病诊断和治疗疾病。