DOI: https://doi.org/10.24061/2413-4260.X.3.37.2020.9

ЕКЗОГЕННІ СУРФАКТАНТИ ПРИРОДНОГО ПОХОДЖЕННЯ У ЛІКУВАННІ РЕСПІРАТОРНОГО ДИСТРЕС-СИНДРОМУ – ПОРІВНЯЛЬНІ СКЛАД, БІОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА КЛІНІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ

D.О. Dobryanskyy

Анотація


Респіраторний дистрес-синдром (РДС) залишається важливою причиною захворюваності та смертності передчасно народжених дітей в Україні та світі. Від моменту визначення нестачі сурфактанту як основної причини цього захворювання було досягнуто значного прогресу у вивченні структури і функції легеневої сурфактантної системи, а також можливостей створення й ефективного застосування препаратів екзогенного сурфактанту. Безпрецедентні багаторічні фундаментальні, експериментальні та клінічні дослідження забезпечили клінічну доступність численних препаратів екзогенного сурфактанту, використання яких на сьогодні вважається одним із стандартів неонатологічної допомоги незалежно від рівня розвитку країни. Однак, всі ці препарати є різними. Незважаючи на те, що всі сурфактанти, ліцензовані для клінічної практики, вірогідно зменшують летальність у недоношених новонароджених від РДС, вони відрізняються за фосфоліпідним та білковим складом, концентрацією фосфоліпідів, біофізичними властивостями, дозуванням, можливостями неінвазивного введення, практичністю застосування та клінічною ефективністю. Порівняльні клінічні дослідження засвідчили переваги порактанту-α, який може призначатись у дозі, що забезпечує отримання більшої кількості фосфоліпідів у меншому об’ємі препарату, містить більшу кількість сурфактант-специфічних білків (насамперед, SP-B) і ліцензований для введення менш інвазивним методом. Саме на імітацію цих властивостей покладають основні надії розробники синтетичних сурфактантів третьої генерації, які вже продемонстрували свою клінічну ефективність. Цей огляд представляє сучасні дані про структуру, склад і біофізичні властивості легеневого сурфактанту, подає порівняльну характеристику найбільш уживаних препаратів екзогенного сурфактанту тваринного походження і характеризує додаткові передумови ефективного застосування сурфактантної терапії.

Ключові слова


екзогенні сурфактанти тваринного походження; властивості; клінічна ефективність; респіраторний дистрес-синдром; недоношені немовлята

Повний текст:

PDF

Посилання


.1 Sweet DG, Carnielli VC, Greisen G, Hallman M, Ozek E, Te Pas A, et al. European consensus guidelines on the management of neonatal respiratory distress syndrome in preterm infants – 2019 Update. Neonatology. 2019;115(4):432-50. doi: 10.1159/000499361.

.2 Warren JB, Anderson JM. Core concepts: respiratory distress syndrome. Neo Reviews [Internet]. 2009[cited 2020 May 5];10(7):e351-61. Available from: https://ohsu.pure.elsevier.com/en/publications/core-concepts-respiratory-distress-syndrome-2 doi: 10.1542/neo.10-7-e351.

.3 Avery ME, Mead J. Surface properties in relation to atelectasis and hyaline membrane disease. AMA J Dis Child. 1959;97(5);517-23. doi: 10.1001/archpedi.1959.02070010519001.

.4 Lopez-Rodriguez E, Pérez-Gil J. Structure-function relationships in pulmonary surfactant membranes: from biophysics to therapy. Biochim Biophys Acta. 2014;1838(6):1568-85. doi: 10.1016/j.bbamem.2014.01.028.

.5 Echaide M, Autilio C, Arroyo R, Perez-Gil J. Restoring pulmonary surfactant membranes and films at the respiratory surface. Biochim Biophys Acta Biomembr. 2017;1859(9):1725-39. doi: 10.1016/j.bbamem.2017.03.015.

.6 Autilio C, Pérez-Gil J. Understanding the principle biophysics concepts of pulmonary surfactant in health and disease. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 2019;104(4):F443-F51. doi: 10.1136/archdischild-2018-315413.

.7 Sardesai S, Biniwale M, Wertheimer F, Garingo A, Ramanathan R. Evolution of surfactant therapy for respiratory distress syndrome: past, present, and future. Pediatr Res. 2017;81(1-2):240-8. doi: 10.1038/pr.2016.203.

.8 Hentschel R, Bohlin K, van Kaam A, Fuchs H, Danhaive O. Surfactant replacement therapy: from biological basis to current clinical practice. Pediatr Res. 2020;88(2):176-83. doi: 10.1038/s41390-020-0750-8.

.9 Jobe AH. Pulmonary surfactant therapy. N Engl J Med. 1993;328(12):861-8. doi: 10.1056/NEJM199303253281208.

.10 Wegman ME. Annual summary of vital statistics –1990. Pediatrics. 1991;88(6):1081-92.

.11 Lee K, Khoshnood B, Wall SN, Chang Y, Hsieh HL, Singh JK. Trend in mortality from respiratory distress syndrome in the United States, 1970-1995. J Pediatr. 1999;134(4):434-40. doi: 10.1016/s0022-3476(99)70200-3.

.12 Jobe AH, Mitchell BR, Gunkel JH. Beneficial effects of the combined use of prenatal corticosteroids and postnatal surfactant in preterm infants. Am J Obstet Gynecol. 1993;168(2):508-13. doi: 10.1016/0002-9378(93)90483-y.

.13 Jobe AH, Ikegami M. The future of surfactant replacement therapy. Neonatal Respiratory Diseases. 1997;7(4):1-10.

.14 Suresh GK, Soll RF. Current surfactant use in premature infants. Clin Perinat. 2001;28(3):671-94. doi: 10.1016/s0095-5108(05)70112-3.

.15 Herting E, Kiess W, editors. Innovations and frontiers in Neonatology. Pediatr Adolesc Med. Basel: Karger; 2020;22. Sweet DG. Surfactant therapy: past, present, and future. p.133-42. doi: 10.1159/000495440.

.16 Jobe A. Surfactant for respiratory distress syndrome. NeoReviews. 2014;15(6):e236-45. doi: 10.1542/neo.15-6-e236.

.17 Cañadas O, Olmeda B, Alonso A, Pérez-Gil J. Lipid-protein and protein-protein interactions in the pulmonary surfactant system and their role in lung homeostasis. Int J Mol Sci. 2020;21(10):3708. doi:10.3390/ijms21103708.

.18 Raghavendran K, Willson D, Notter RH. Surfactant therapy for acute lung injury and acute respiratory distress syndrome. Crit Care Clin. 2011;27(3):525-59. doi: 10.1016/j.ccc.2011.04.005.

.19 Clements JA. Dependence of pressure-volume characteristics of lungs on intrinsic surface-active material. Am J Physiol. 1956;187:592-94.

.20 Obladen M. History of surfactant up to 1980. Biol Neonate. 2005;87(4):308-16. doi: 10.1159/000084878.

.21 Parra E, Pérez-Gil J. Composition, structure and mechanical properties define performance of pulmonary surfactant membranes and films. Chem Phys Lipids. 2015;185:153-75. doi: 10.1016/j.chemphyslip.2014.09.002.

.22 Orgeig S, Hiemstra PS, Veldhuizen EJ, Casals C, Clark HW, Haczku A, et al. Recent advances in alveolar biology: evolution and function of alveolar proteins. Respir Physiol Neurobiol. 2010;173:S43-54. doi: 10.1016/j.resp.2010.04.023.

.23 Olmeda B, Martinez-Calle M, Pérez-Gil J. Pulmonary surfactant metabolism in the alveolar airspace: Biogenesis, extracellular conversions, recycling. Ann Anat. 2017;209:78-92. doi: 10.1016/j.aanat.2016.09.008.

.24 Goerke J. Pulmonary surfactant: functions and molecular composition. Biochim Biophys Acta. 1998;1408(2-3):79-89. doi: 10.1016/s0925-4439(98)00060-x.

.25 Serrano AG, Pérez-Gil J. Protein-lipid interactions and surface activity in the pulmonary surfactant system. Chem Phys Lipids. 2006;141(1-2):105-18. doi: 10.1016/j.chemphyslip.2006.02.017.

.26 Keating E, Zuo YY, Tadayyon SM, Petersen NO, Possmayer F, Veldhuizen RA. A modified squeeze-out mechanism for generating high surface pressures with pulmonary surfactant. Biochim Biophys Acta. 2012;1818(5):1225-34. doi: 10.1016/j.bbamem.2011.12.007.

.27 Hobi N, Giolai M, Olmeda B, Miklavc P, Felder E, Walther P, et al. A small key unlocks a heavy door: the essential function of the small hydrophobic proteins SP-B and SP-C to trigger adsorption of pulmonary surfactant lamellar bodies. Biochim Biophys Acta. 2016;1863(8):2124-34. doi: 10.1016/j.bbamcr.2016.04.028.

.28 Olmeda B, Garcia-Alvarez B, Gomez MJ, Martinez-Calle M, Cruz A, Perez-Gil J. A model for the structure and mechanism of action of pulmonary surfactant protein B. FASEB J. 2015;29(10):4236-47. doi: 10.1096/fj.15-273458.

.29 Martinez-Calle M, Prieto M, Olmeda B, Fedorov A, Loura LMS, Pérez-Gil J. Pulmonary surfactant protein SP-B nanorings induce the multilamellar organization of surfactant complexes. Biochim Biophys Acta Biomembr [Internet]. 2020[cited 2020 Jun 12];1862(6):183216. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0005273620300420?via%3Dihub

.30 Almlen A, Stichtenoth G, Linderholm B, Haegerstrand-Bjorkman M, Robertson B, Johansson J, et al. Surfactant proteins B and C are both necessary for alveolar stability at end expiration in premature rabbits with respiratory distress syndrome. J Appl Physiol. 2008;104(4):1101-8. doi: 10.1152/japplphysiol.00865.2007.

.31 Roldan N, Perez-Gil J, Morrow MR, Garcia-Alvarez B. Divide & conquer: surfactant protein SP-C and cholesterol modulate phase segregation in lung surfactant. Biophys J. 2017;113(4):847-59. doi: 10.1016/j.bpj.2017.06.059.

.32 Palaniyar N, Ikegami M, Korfhagen T, Whitsett J, McCormack FX. Domains of surfactant protein A that a_ect protein oligomerization, lipid structure and surface tension. Comp Biochem Physiol Mol Integr Physiol. 2001;129(1):109-27. doi: 10.1016/s1095-6433(01)00309-9.

.33 Perez-Gil J. Structure of pulmonary surfactant membranes and films: the role of proteins and lipid-protein interactions. Biochim Biophys Acta. 2008;1778(7-8):1676-95. doi: 10.1016/j.bbamem.2008.05.003.

.34 Blanco O, Pérez-Gil J. Biochemical and pharmacological differences between preparations of exogenous natural surfactant used to treat respiratory distress syndrome: role of the different components in an efficient pulmonary surfactant. Eur J Pharmacol. 2007;568(1-3):1-15. doi: 10.1016/j.ejphar.2007.04.035.

.35 Tridente A, De Martino L, De Luca D. Porcine vs bovine surfactant therapy for preterm neonates with RDS: systematic review with biological plausibility and pragmatic meta-analysis of respiratory outcomes. Respir Res. 2019;20(1):28. doi: 10.1186/s12931-019-0979-0.

.36 Singh N, Halliday HL, Stevens TP, Suresh G, Soll R, Rojas-Reyes MX. Comparison of animal-derived surfactants for the prevention and treatment of respiratory distress syndrome in preterm infants. Cochrane Database Syst Rev [Internet]. 2015[cited 2020 May 17];12:CD010249. Available from: https://www.cochranelibrary.com/cdsr/doi/10.1002/14651858.CD010249.pub2/full

.37 Ghodrat M. Lung surfactants. Am J Health-Syst Pharm. 2006;63(16):1504-21. doi: 10.2146/ajhp060002.

.38 Ramanathan R, Biniwale M, Sekar K, Hanna N, Golombek S, Bhatia J, et al. Synthetic surfactant CHF5633 compared with poractant alfa in the treatment of neonatal respiratory distress syndrome: a multicenter, double blind, randomized, controlled clinical trial. J Pediatr [Internet]. 2020[cited 2020 Jun 24]: S0022-3476(20)30725-3. Available from: https://www.jpeds.com/article/S0022-3476(20)30725-3/fulltext doi: 10.1016/j.jpeds.2020.06.024.

.39 Rudiger M, Tolle A, Meier W, Rustow B. Naturally derived commercial surfactants differ in composition of surfactant lipids and in surface viscosity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2005;288(2): L379-83. doi: 10.1152/ajplung.00176.2004.

.40 Taeusch HW, Lu K, Ramierez-Schrempp D. Improving pulmonary surfactants. Acta Pharmacol Sin. 2002;23:11-5.

.41 Holm BA, Wang Z, Egan EA, Notter RH. Content of dipalmitoyl phosphatidylcholine in lung surfactant: ramifications for surface activity. Pediatr Res. 1996;39(5):805-11. doi: 10.1203/00006450-199605000-00010.

.42 Perez-Gil J, Tucker J, Simatos G, Keough KM. Interfacial adsorption of simple lipid mixtures combined with hydrophobic surfactant protein from pig lung. Biochem Cell Biol. 1992;70(5):332-8. doi: 10.1139/o92-051.

.43 Bernardino de la Serna J, Perez-Gil J, Simonsen AC, Bagatolli LA. Cholesterol rules: direct observation of the coexistence of two fluid phases in native pulmonary surfactant membranes at physiological temperatures. J Biol Chem [Internet]. 2004[cited 2020 Apr 29];279(39):40715-22. Available from: https://www.jbc.org/content/279/39/40715.long.

.44 Notter RH, Wang Z, Egan EA, Holm BA. Component-specific surface and physiological activity in bovine-derived lung surfactants. Chem Phys Lipids. 2002;114(1):21-34. doi: 10.1016/s0009-3084(01)00197-9.

.45 Bernhard W, Mottaghian J, Gebert A, Rau GA, von Der HH, Poets CF. Commercial versus native surfactants. Surface activity, molecular components, and the effect of calcium. Am J Respir Crit Care Med. 2000;162(4):1524-33. doi: 10.1164/ajrccm.162.4.9908104.

.46 Seeger W, Grube C, Gunther A, Schmidt R. Surfactant inhibition by plasma proteins: differential sensitivity of various surfactant preparations. Eur Respir J. 1993;6(7):971-7.

.47 Ramanathan R, Rasmussen MR, Gerstmann DR, Finer N, Sekar K, North American Study Group. A randomized, multicenter masked comparison trial of poractant alfa (Curosurf) versus beractant (Survanta) in the treatment of respiratory distress syndrome in preterm infants. Am J Perinatol. 2004;21(3):109-19. doi: 10.1055/s-2004-823779.

.48 Lemyre B, Fusch C, Schmölzer GM, Bouali NR, Reddy D, Barrowmanet N, et al. Poractant alfa versus bovine lipid extract surfactant for infants 24+0 to 31+6 weeks gestational age: a randomized controlled trial. PLoS One [Internet]. 2017[cited 2020 May 12];12(5):e0175922. doi: 10.1371/journal.pone.0175922.

.49 Danhaive O, Chapin C, Horneman H, Cogo PE, Ballard PL. Surface film formation in vitro by infant and therapeutic surfactants: role of surfactant protein B. Pediatr Res. 2015;77(2):340-6. doi: 10.1038/pr.2014.176.

.50 Hite RD, Grier BL, Waite BM, Veldhuizen RA, Possmayer F, Yao LJ, et al. Surfactant protein B inhibits secretory phospholipase A2 hydrolysis of surfactant phospholipids. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2012;302(2):L257-65. doi: 10.1152/ajplung.00054.2011.

.51 Cogo PE, Facco M, Simonato M, Verlato G, Rondina C, Baritussio A, et al. Dosing of porcine surfactant: effect on kinetics and gas exchange in respiratory distress syndrome. Pediatrics [Internet]. 2009[cited 2020 May 12];124(5): e950-7. Available from: https://pediatrics.aappublications.org/content/124/5/e950.long.

.52 Cogo PE, Facco M, Simonato M, De Luca D, De Terlizi F, Rizzotti U, et al. Pharmacokinetics and clinical predictors of surfactant redosing in respiratory distress syndrome. Intensive Care Med. 2011;37(3):510-7. doi: 10.1007/s00134-010-2091-2.

.53 Verder H, Albertsen P, Ebbesen F, Greisen G, Robertson B, Bertelsen A, et al. Nasal continuous positive airway pressure and early surfactant therapy for respiratory distress syndrome in newborns of less than 30 weeks’ gestation. Pediatrics [Internet]. 1999[cited 2020 May 15];103(2):e24. Available from: https://pediatrics.aappublications.org/content/103/2/e24.long.

.54 Stevens TP, Blennow M, Myers EH, Soll R. Early surfactant administration with brief ventilation vs. selective surfactant and continued mechanical ventilation for preterm infants with or at risk for respiratory distress syndrome. Cochrane Database Syst Rev [Internet]. 2007[cited 2020 Jul 12];4:CD003063. Available from: https://www.cochranelibrary.com/cdsr/doi/10.1002/14651858.CD003063.pub3/full

.55 Barkhuff WD, Soll RF. Novel surfactant administration techniques: will they change outcome? Neonatology. 2019;115(4):411-22. doi: 10.1159/000497328.

.56 Kribs A, Pillekamp F, Hünseler C, Vierzig A, Roth B. Early administration of surfactant in spontaneous breathing with nCPAP: feasibility and outcome in extremely premature infants (postmenstrual age =27 weeks). Paediatr Anaesth. 2007;17(4):364-9. doi: 10.1111/j.1460-9592.2006.02126.x.

.57 Dargaville PA, Aiyappan A, Cornelius A, Williams C, De Paoli AG. Preliminary evaluation of a new technique of minimally invasive surfactant therapy. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 2011;96(4):F243-8. doi: 10.1136/adc.2010.192518.

.58 Kanmaz HG, Erdeve O, Canpolat FE, Mutlu B, Dilmen U. Surfactant administration via thin catheter during spontaneous breathing: randomized controlled trial. Pediatrics [Internet]. 2013[cited 2020 May 30];131(2):e502-9. Available from: http://pediatrics.aappublications.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=23359581

.59 Herting E, Härtel C, Göpel W. Less invasive surfactant administration: best practices and unanswered questions. Curr Opin Pediatr. 2020;32(2):228-34. doi: 10.1097/MOP.0000000000000878.

.60 Dekker J, Lopriore E, van Zanten HA, Tan RN, Hooper SB, Te Pas AB. Sedation during minimal invasive surfactant therapy: a randomised controlled trial. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 2019;104(4): F378-83. doi: 10.1136/archdischild-2018-315015.

.61 Isayama T, Iwami H, McDonald S, Beyene J. Association of noninvasive ventilation strategies with mortality and bronchopulmonary dysplasia among preterm infants a systematic review and meta-analysis. JAMA. 2016;316(6):611-24. doi: 10.1001/jama.2016.10708.

.62 Herting E, Härtel C, Göpel W. Less invasive surfactant administration (LISA): chances and limitations. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 2019;104(6):F655-9. doi: 10.1136/archdischild-2018-316557.

.63 Bahadue FL, Soll R. Early versus delayed selective surfactant treatment for neonatal respiratory distress syndrome. Cochrane Database Syst Rev [Internet]. 2012[cited 2020 May 7];11(11):CD001456. Available from: https://www.cochranelibrary.com/cdsr/doi/10.1002/14651858.CD001456.pub2/full

.64 Rojas-Reyes MX, Morley CJ, Soll R. Prophylactic versus selective use of surfactant in preventing morbidity and mortality in preterm infants. Cochrane Database Syst Rev [Internet]. 2012[cited 2020 Jul 1];3:CD000510. Available from: https://www.cochranelibrary.com/cdsr/doi/10.1002/14651858.CD000510.pub2/full

.65 Wright CJ, Polin RA, Kirpalani H. Continuous positive airway pressure to prevent neonatal lung injury: how did we get here, and how do we improve? J Pediatr. 2016;173:17-24. doi: 10.1016/j.jpeds.2016.02.059.




Copyright (c) 2020 D.О. Dobryanskyy

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Creative Commons License
Журнал «Неонатологія, хірургія та перинатальна медицина» ISSN 2413-4260 (Online), ISSN 2226-1230 (Print) This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.