Впервые исследователи успешно создали базальные стволовые клетки дыхательных путей in vitro из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток путем перепрограммирования клеток крови, взятых у пациентов. Учитывая, что базальные клетки дыхательных путей определяются как стволовые клетки дыхательных путей, поскольку они могут регенерировать эпителий дыхательных путей в ответ на травму, это исследование может помочь ускорить исследования заболеваний, влияющих на дыхательные пути, включая COVID-19, грипп, астму и муковисцидоз. Эти результаты, проведенные исследователями из Центра регенеративной медицины Бостонского медицинского центра и Бостонского университета (CReM) в сотрудничестве с Центром медицинских наук Техасского университета в Хьюстоне (UTHealth), представляют собой важный первый шаг на пути к регенерации дыхательных путей, которая будет продвигаться вперед. область регенеративной медицины в отношении заболеваний дыхательных путей и легких.
Новое исследование, опубликованное в Cell Stem Cell, описывает, как эффективно генерировать и очищать большие количества базальных стволовых клеток дыхательных путей с использованием образцов пациентов. Это позволяет разрабатывать в лаборатории отдельные базальные стволовые клетки дыхательных путей, специфичные для конкретных заболеваний, которые можно использовать для разработки моделей заболеваний, что в конечном итоге может привести к разработке лекарств и платформу, на которой можно тестировать целевые подходы к лекарствам. Результаты исследования и ячейки будут бесплатно предоставлены CReM "Биология с открытым исходным кодом" философия или обмен информацией и открытиями, которые помогут продвигать науку по всему миру.
"Проще говоря, мы разработали способ воспроизведения базальных клеток дыхательных путей, специфичных для конкретного пациента, в лаборатории, с конечной целью – восстановить дыхательные пути для пациентов с заболеваниями дыхательных путей," сказал Финн Хокинс, MB, BCh, пульмонолог и врач-ученый из Бостонского медицинского центра, главный исследователь CReM и Pulmonary Center и первый автор исследования.
"Эти результаты могут привести к лучшему пониманию и, следовательно, к лечению различных заболеваний дыхательных путей," сказал Синго Судзуки, доктор философии.D., соавтор и постдокторант в UTHealth. Например, муковисцидоз вызван генетической мутацией, которая присутствует во всех клетках дыхательных путей. "Если бы мы могли создать плюрипотентные стволовые клетки, используя образец от пациента с муковисцидозом, исправить мутацию и заменить дефектные клетки дыхательных путей на скорректированные базальные клетки дыхательных путей, которые в остальном генетически идентичны, мы могли бы в конечном итоге вылечить болезнь и другие болезни в будущем с использованием той же технологии," добавил Хокинс.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки – это главные стволовые клетки, которые могут производить любую клетку или ткань в организме человека. Они создаются путем перепрограммирования человеческого образца, такого как капля крови, в популяцию клеток, похожих на эмбриональные стволовые клетки, включая способность образовывать различные типы клеток внутри органов. Для этого исследования исследователи разработали методы создания популяции стволовых клеток дыхательных путей, базальных клеток в лабораторных условиях. Это важный тип клеток в дыхательных путях человека, которые поддерживают слизистую оболочку дыхательных путей, включая клетки, вырабатывающие слизь, и те, которые продвигают слизь вверх и из легких.
Исследователи впервые создали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки с генетической последовательностью, кодирующей флуоресцентный белок, что позволило бы им визуализировать, отслеживать и очищать базальные клетки, если они есть. Затем исследователи обратились к исследованиям эмбриона и предыдущей работе в этой области, чтобы определить, как развивается базальная форма легких. Путем манипулирования индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками с помощью ряда шагов, направленных на имитацию того, что происходит во время развития легких, исследователи успешно создали клетки, которые были очень похожи на базальные клетки дыхательных путей человека с точки зрения их внешнего вида, генов, которые они экспрессировали, и, что наиболее важно, их способности к как пролиферируют, так и образуют другие типы клеток дыхательных путей. Клетки, называемые ибазальными клетками, были способны регенерировать дыхательные пути in vivo с использованием модели трахеи грызунов.
Полученные в результате клетки ibasal, полученные от пациентов с различными заболеваниями легких, также могли моделировать заболевания дыхательных путей, поражающие этих пациентов, включая метаплазию слизи, характерную для астматических дыхательных путей, дисфункцию хлоридных каналов, вызывающую кистозный фиброз, и дефекты. в биении ресничек, вызывающих заболевание, первичная цилиарная дискинезия. Этот подход откроет будущие возможности для изучения этих генетических изменений и того, как их обратить вспять, чтобы вылечить болезнь у людей. С практической точки зрения, клетки ibasal хорошо растут в специальных условиях культивирования в лаборатории, что позволяет производить их в больших количествах, а базальные клетки, специфичные для пациента, можно выращивать, замораживать для будущей работы и делиться с более широким исследовательским сообществом.
"Мы продемонстрировали потенциал этих клеток ибаза для моделирования развития и болезней человека, предоставив доказательства их способности восстанавливать эпителий дыхательных путей," сказал Хокинс, который также является доцентом медицины Школы медицины Бостонского университета. "Мы ожидаем, что это будет значительный прорыв и внесет вклад в новые идеи и варианты лечения заболеваний дыхательных путей, поскольку наши результаты позволили преодолеть несколько важных препятствий, которые в настоящее время ограничивают прогресс в этой области."