Many mechanically ventilated patients with acute respiratory distress syndrome develop pulmonary fibrosis. Stresses induced by mechanical ventilation may explain the development of fibrosis by a number of mechanisms (e.g., damage the alveolar epithelium, biotrauma). The objective of this study was t test the hypothesis that mechanical ventilation plays an important role in the pathogenesis of lung fibrosis.C57BL/6 mice were randomized into four groups: healthy controls; hydrochloric acid aspiration alone; vehicle control solution followed 24 hrs later by mechanical ventilation (peak inspiratory pressure 22 cm H(2)O and positive end-expiratory pressure 2 cm H(2)O for 2 hrs); and acid aspiration followed 24 hrs later by mechanical ventilation. The animals were monitored for up to 15 days after acid aspiration. To explore the direct effects of mechanical stress on lung fibrotic formation, human lung epithelial cells (BEAS-2B) were exposed to mechanical stretch for up to 48 hrs.Impaired lung mechanics after mechanical ventilation was associated with increased lung hydroxyproline content, and increased expression of transforming growth factor-β, β-catenin, and mesenchymal markers (α-smooth muscle actin and vimentin) at both the gene and protein levels. Expression of epithelial markers including cytokeratin-8, E-cadherin, and prosurfactant protein B decreased. Lung histology demonstrated fibrosis formation and potential epithelia-mesenchymal transition. In vitro direct mechanical stretch of BEAS-2B cells resulted in similar fibrotic and epithelia-mesenchymal transition formation.Mechanical stress induces lung fibrosis, and epithelia-mesenchymal transition may play an important role in mediating the ventilator-induced lung fibrosis.

Donor organ allocation is dependent on ABO matching, restricting the opportunity for some patients to receive a life-saving transplant. The enzymes FpGalNAc deacetylase and FpGalactosaminidase, used in combination, have been described to effectively convert group A (ABO-A) red blood cells (RBCs) to group O (ABO-O). Here, we study the safety and preclinical efficacy of using these enzymes to remove A antigen (A-Ag) from human donor lungs using ex vivo lung perfusion (EVLP). First, the ability of these enzymes to remove A-Ag in organ perfusate solutions was examined on five human ABO-A1 RBC samples and three human aortae after static incubation. The enzymes removed greater than 99 and 90% A-Ag from RBCs and aortae, respectively, at concentrations as low as 1 μg/ml. Eight ABO-A1 human lungs were then treated by EVLP. Baseline analyses of A-Ag in lungs revealed expression predominantly in the endothelial and epithelial cells. EVLP of lungs with enzyme-containing perfusate removed over 97% of endothelial A-Ag within 4 hours. No treatment-related acute lung toxicity was observed. An ABO-incompatible transplant was then simulated with an ex vivo model of antibody-mediated rejection using ABO-O plasma as the surrogate for the recipient circulation using three donor lungs. The treatment of donor lungs minimized antibody binding, complement deposition, and antibody-mediated injury as compared with control lungs. These results show that depletion of donor lung A-Ag can be achieved with EVLP treatment. This strategy has the potential to expand ABO-incompatible lung transplantation and lead to improvements in fairness of organ allocation.

Pulmonary endothelial cell injury is central to the pathophysiology of acute lung injury. Mechanical ventilation can cause endothelial disruption and injury, even in the absence of preexisting inflammation. Platelet-endothelial cell adhesion molecule-1 is a transmembrane protein connecting adjacent endothelial cells. We hypothesized that injurious mechanical ventilation will increase circulating lung endothelial-derived microparticles, defined as microparticles positive for platelet-endothelial cell adhesion molecule-1, which could serve as potential biomarkers and mediators of ventilator-induced lung injury.Prospective randomized, controlled, animal investigation.A hospital preclinical animal laboratory.Forty-eight Sprague-Dawley rats.Animals were randomly allocated to one of the three following ventilatory protocols for 4 hours: spontaneous breathing (control group), mechanical ventilation with low tidal volume (6 mL/kg), and mechanical ventilation with high tidal volume (20 mL/kg). In both mechanical ventilation groups, positive end-expiratory pressure of 2 cm H2O was applied.We analyzed histologic lung damage, gas exchange, wet-to-dry lung weight ratio, serum cytokines levels, circulating endothelial-derived microparticles, platelet-endothelial cell adhesion molecule-1 lung protein content, and immunohistochemistry. When compared with low-tidal volume mechanical ventilation, high-tidal volume ventilation increased lung edema score and caused gas-exchange deterioration. These changes were associated with a marked increased of circulating endothelial-derived microparticles and a reduction of platelet-endothelial cell adhesion molecule-1 protein levels in the high-tidal volume lungs (p < 0.0001).There is an endothelial-derived microparticle profile associated with disease-specific features of ventilator-induced lung injury. This profile could serve both as a biomarker of acute lung injury and, potentially, as a mediator of systemic propagation of pulmonary inflammatory response.

Endothelial cell injury is an important component of acute lung injury. Platelet-endothelial cell adhesion molecule-1 (PECAM1) is a transmembrane protein that connects endothelial cells to one another and can be detected as a soluble, truncated protein (sPECAM1) in serum. We hypothesized that injurious mechanical ventilation (MV) leads to shedding of PECAM1 from lung endothelial cells resulting in increasing sPECAM1 levels in the systemic circulation.We studied 36 Sprague-Dawley rats in two prospective, randomized, controlled studies (healthy and septic) using established animal models of ventilator-induced lung injury. Animals (n = 6 in each group) were randomized to spontaneous breathing or two MV strategies: low tidal volume (VT) (6 ml/kg) and high-VT (20 ml/kg) on 2 cmH2O of positive end-expiratory pressure (PEEP). In low-VT septic animals, 10 cmH2O of PEEP was applied. We performed pulmonary histological and physiological evaluation and measured lung PECAM1 protein content and serum sPECAM1 levels after four hours ventilation period.High-VT MV caused severe lung injury in healthy and septic animals, and decreased lung PECAM1 protein content (P < 0.001). Animals on high-VT had a four- to six-fold increase of mean sPECAM1 serum levels than the unventilated counterpart (35.4 ± 10.4 versus 5.6 ± 1.7 ng/ml in healthy rats; 156.8 ± 47.6 versus 35.6 ± 12.6 ng/ml in septic rats) (P < 0.0001). Low-VT MV prevented these changes. Levels of sPECAM1 in healthy animals on high-VT MV paralleled the sPECAM1 levels of non-ventilated septic animals.Our findings suggest that circulating sPECAM1 may represent a promising biomarker for the detection and monitoring of ventilator-induced lung injury.

Abstract Lung transplant (LT) recipients experience episodes of immune-mediated acute lung allograft dysfunction (ALAD). ALAD episodes are a risk factor for chronic lung allograft dysfunction (CLAD), the major cause of death after LT. We have applied single-cell RNA sequencing (scRNAseq) to bronchoalveolar lavage (BAL) cells from stable and ALAD patients and to cells from explanted CLAD lung tissue to determine key cellular elements in dysfunctional lung allografts, with a focus on macrophages. We identified two alveolar macrophage (AM) subsets uniquely represented in ALAD. Using pathway analysis and differentially expressed genes, we annotated these as pro-inflammatory interferon-stimulated gene (ISG) and metallothionein-mediated inflammatory (MT) AMs. Functional analysis of an independent set of AMs in vitro revealed that ALAD AMs exhibited a higher expression of CXCL10, a marker of ISG AMs, and increased secretion of pro-inflammatory cytokines compared to AMs from stable patients. Using publicly available BAL scRNAseq datasets, we found that ISG and MT AMs are associated with more severe inflammation in COVID-19 patients. Analysis of cells from four explanted CLAD lungs revealed similar macrophage populations. Using a single nucleotide variation calling algorithm, we also demonstrated contributions of donor and recipient cells to all AM subsets early post-transplant, with loss of donor-derived cells over time. Our data reveals extensive heterogeneity among lung macrophages after LT and indicates that specific sub-populations may be associated with allograft dysfunction, raising the possibility that these cells may represent important therapeutic targets.

Abstract Adenine base editors (ABEs) catalyze A-to-G transitions showing broad applications, but their bystander mutations and off-target editing effects raise the concerns of safety issues. Through structure-guided engineering, we found ABE8e with an N108Q mutation reduced both adenine and cytosine bystander editing, and introduction of an additional L145T mutation (ABE9), further refined the editing window to 1-2nt with eliminated cytosine editing. Importantly, ABE9 induced very minimal RNA and undetectable Cas9-independent DNA off-target effects, which mainly installed desired single A-to-G conversion in mouse and rat embryos to efficiently generate disease models. Moreover, ABE9 accurately edited A 5 position of the protospacer sequence in pathogenic homopolymeric adenosine sites (up to 342.5-fold precision than ABE8e) and was further confirmed through a library of guide RNA-target sequence pairs. Due to the minimized editing window, ABE9 could further broaden the targeting scope for precise correction of pathogenic SNVs when fused to Cas9 variants with expanded PAM compatibility.

Abstract The adenosine subfamily G protein-coupled receptors A 2A R and A 2B R were identified as promising candidates for cancer immunotherapy within recent years. One of the A 2A R/A 2B R dual antagonist, AB928, has progressed to phase II clinic trial for the treatment of rectal cancer. However, the precise mechanism underlying its dual-antagonistic properties remains elusive. Herein, we report crystal structures of A 2A R in complex with AB928 and a selective A 2A R antagonist, 2-118. The structures reveal a common binding mode on A 2A R, wherein the ligands establish extensive interactions with residues from both the orthosteric pocket and the secondary pocket. Conversely, the cAMP assay together with molecular dynamics simulations conducted on both A 2A R and A 2B R indicate that the ligands adopt distinct binding modes on A 2B R. Detailed analysis of their chemical structures suggests that AB928 can readily adapt to the A 2B R pocket, while 2-118 cannot due to its intrinsic differences. This disparity potentially accounts for their divergent inhibitory efficacies between A 2B R and A 2A R. The findings from this study can serve as valuable structural templates for future development of selective or dual inhibitors targeting A 2A R/A 2B R in the context of cancer therapy.

Site-specific integration of exogenous gene through genome editing is a promising strategy for gene therapy. However, homology-directed repair (HDR) only occurring in proliferating cells is inefficient especially in vivo . To investigate the efficacy of Cas9-induced homology-independent targeted integration (HITI) strategy for gene therapy, a rat hemophilia B model was generated and employed. Through HITI, a DNA sequence encoding the last exon of rat Albumin ( rAlb ) gene fused with a high-specific-activity Factor IX variant (R338L) using T2A, was inserted into the last intron of r Alb via recombinant adeno-associated viral (rAAV). The knock-in efficiency reached up to 3.66% determined by ddPCR. The clotting time was reduced to normal level 4 weeks after treatment, and the circulating FIX level was gradually increased up to 52% of normal during 9 months even after partial hepatectomy, demonstrating the amelioration of hemophilia. Through PEM-seq, no significant off-targeting effect was detected. Moreover, this study provides a promising therapeutic approach for hereditary diseases.