斯坦福大学的一位研究人员已经开发出生物工程化的有效蛋白模拟物，可以恢复老鼠受伤肺部的呼吸能力。
这种合成产品可能导致更好，更便宜的人体急性肺损伤治疗。该研究报告称，当用于大鼠时，它在几种生理学指标上等同于或优于昂贵的动物源对应物。
描述这项研究的论文将于5月1日在线发表在Scientific Reports上。
想象一下你需要用力吹气，其表面积几乎与网球场相匹配。进一步想象一下，气球有一个凹陷的，潮湿的内表面，并且由精致细腻的材料制成。那个气球就是你的肺，你每吸一口气都是奇迹。可以做到的是薄薄的一层肥皂薄膜或表面活性剂，可降低肺内表面的张力，从根本上减少吸入所需的力量。没有这种表面活性剂，你无法呼吸。
“肺表面活性物质具有惊人的生物学特性，”生物工程副教授Annelise Barron博士说。“关键在于表面活性剂中存在两种特殊蛋白质，其结构独特地使它们能够切割表面张力。”但她说，那些同样惊人的结构特性也使得这些蛋白质难以合成和纯化，并且在溶液中相对不稳定，限制了货架期和价格上涨。
“其中一个包含所有已知人类蛋白质的最疏水或类似肥胖的化学成分，”Barron说。“这是非常难以合作的，因为脂肪的拉伸使其趋于聚集，破坏其活动。”
通过这项新研究，巴伦一直致力于稳定，合成这些特殊蛋白质二十年的替代品，似乎即将取得成功。她与西安大略大学医学和生理学和肿瘤学副教授Ruud Veldhuizen博士共同撰写了该研究的高级作者，他的研究小组负责动物实验。这项研究的主要作者是美国西北大学Barron的前研究生Ann Czyzewski博士，Barron在来斯坦福大学之前曾工作过。
第一大挑战。
呼吸是新生儿面临的第一大挑战。美国每年大约有2万到3万名出生得早的婴儿生产自己的天然表面活性剂，这些婴儿用一种动物衍生的品种进行治疗，这种品种很贵。只有在更富有的国家才能实现这种拯救生命的疗法：一个单瓶含有足够的动物源性天然表面活性剂以覆盖新生儿的小肺部的成本在发展中国家是令人望而却步的。
Barron说，成年人的肺比婴儿的肺大20倍以上他们的表面积接近网球场的表面积对于许多致命的急性肺损伤病例定价天然表面活性剂，每年影响20万成年人在美国。表面活性物质功能障碍可由严重的肺部感染引起，包括细菌和病毒性肺炎；撞击造成的肺部损伤，例如车祸中发生的损伤;在近溺水处吸入水；或吸入药物过量的外来物质。
具有讽刺意味的是，试图让患者通过机械呼吸机呼吸经常导致表面活性物质消耗性肺部感染，Barron说。“重症监护病房通风换气的人需要插管，呼吸管插入他们的鼻子并穿到他们的肺部，”她说。“如果插管时间超过三天，他们感染肺部的机会就会增加到100%。”即使在呼吸机上花费四小时，也会感染肺部感染的机会为1/6。
直到最近，获得功能性表面活性剂的唯一方法是从牛的肺中冲洗它，或从为此目的养殖的猪的肺中化学提取它。“每只动物只能得到一小部分，”巴伦说。“不管你收集了什么，你必须非常仔细地进行净化，因为这种物质非常脆弱，你不能用高温处理它来杀死微生物病原体。”
近年来，一种便宜的替代品已经可以买到。它含有脂肪类脂的水基分散体以及短的蛋白质片段，在一定程度上模仿了其天然对应物表面张力降低能力，即表面活性剂蛋白质。尽管比没有好，但这种混合物不如动物衍生的表面活性剂有效。
两种蛋白质的合成模拟物。
巴伦设计的聚合物称为拟肽，具有特定的序列和螺旋结构，模拟肺中发现的两种重要蛋白质表面活性蛋白B和C的关键生物活性部分。她称之为pB和pC的模拟物与蛋白质相似。但它们的组成部分与蛋白质的微妙区别在于，它们使得它们极度抗热或被称为蛋白酶的天然身体酶分解。此外，它们更不倾向于聚集成团块并失去其自然生物活性。它们可以以获得动物表面活性剂或可用合成版本的表面活性剂的成本的1/4至1/3来合成。
最重要的是，啮齿动物研究表明含有pC的表面活性剂在血液氧化方面优于动物来源的表面活性剂，这是肺部的主要目的。
试验将两种设计物质与动物提取物和对照溶液混合。研究人员将不同的表面活性剂候选物给麻醉的大鼠，这些大鼠的肺脏已被清洗掉，以清除自己的天然表面活性剂，然后在不同的时间点评估几项生理学结果。根据Barron的说法，含有pC的溶液在每个结果中都等同于或优于动物表面活性剂这是一个“令人震惊的结果”。
“这开辟了新的领域，”巴伦说。“我们对一种非常复杂的材料的相对简单的合成模拟将具有更长的保存期限，并且可以以合理的价格大量生产。我们希望合理的是，它可能第一次有可能进行临床试验成年人在重症监护病房接受了插管并可能从表面活性物质替代中大量获益，最终也可在我父亲出生的玻利维亚等发展中国家使用。
她补充说，临近前的临床试验和临床试验将在那一天到来之前进行。
这项工作是斯坦福大学医学关注精确健康的一个例子，其目标是预测和预防疾病的健康和准确诊断和治疗疾病。
其他斯坦福大学的合着者是前博士后学者Michelle Dohm博士;前研究生Maruti Didwania博士；研究工程师Jennifer Lin博士；和研究技术员Lauren Broering。
西安大略大学和西北大学的研究人员也为这项研究做出了贡献。
该研究由国立卫生研究院（2R01HL067资助），国家科学基金会，医学院和工程学院的院长资助，并得到劳伦斯伯克利国家实验室的分子铸造厂的支持。
斯坦福大学生物工程系由医学院和工程学院共同运营，也支持这项工作。
（选自《医药》（适用版））