Новое совместное исследование описывает способ регенерации легочной ткани после травмы. Команда обнаружила, что легочная ткань обладает большей маневренностью при восстановлении тканей, чем считалось ранее. Исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании и Университета Дьюка, в том числе соавторы Джон Эпштейн, доктор медицины, заведующий кафедрой клеточной биологии и биологии развития, и Бриджид Л.М. Хоган, Duke Medicine, вместе с соавторами Раджаном Джайном, доктором медицины, кардиологом и инструктором отделения медицины, и Кристиной Э. Баркаускас, также из Герцога, сообщает о своих выводах в Nature Communications
"Это как если бы клетки легких могли регенерировать друг из друга по мере необходимости для восстановления недостающей ткани, предполагая, что в системе гораздо больше гибкости, чем мы ранее оценивали," говорит Эпштейн. "Это не классические стволовые клетки, которые регенерируют легкие. Это зрелые клетки легких, которые пробуждаются в ответ на травму. Мы хотим узнать, как восстанавливается легкое, чтобы стимулировать этот процесс в ситуациях, когда этого недостаточно, например, у пациентов с ХОБЛ [хроническая обструктивная болезнь легких]."
Исследователи обнаружили, что два типа клеток дыхательных путей в альвеолах, газообменной части легкого, имеют очень разные функции, но могут трансформироваться друг в друга при определенных обстоятельствах. В длинных и тонких ячейках типа 1 происходит обмен газов (кислород и углекислый газ) – настоящее дыхание. Клетки типа 2 выделяют сурфактант, мыльное вещество, которое помогает держать дыхательные пути открытыми. Фактически, недоношенных детей нужно лечить сурфактантом, чтобы они могли дышать.
Команда показала на моделях мышей, что эти два типа клеток происходят из общих стволовых клеток-предшественников в эмбрионе. Затем команда использовала другие модели мышей, у которых была удалена часть легкого, и культура единичных клеток, чтобы изучить пластичность типов клеток во время повторного роста легких. Команда показала, что клетки 1-го типа могут давать клетки 2-го типа, и наоборот.
Команда Duke ранее установила, что клетки типа 2 продуцируют сурфактант и функционируют как предшественники у взрослых мышей, демонстрируя дифференцировку в газообменные клетки типа 1. О способности клеток типа I давать альтернативные клоны ранее не сообщалось.
"Мы решили проверить эту гипотезу о клетках 1-го типа," говорит Джайн. "Мы обнаружили, что клетки типа 1 дают клетки типа 2 в течение примерно трех недель в различных моделях регенерации. Мы видели, как новые клетки снова растут в этих новых областях легкого. Это как если бы легкое знает, что ему нужно вырасти, и может вызвать в действие некоторые клетки типа 1, чтобы помочь в этом процессе."
Это одно из первых исследований, показывающих, что особый тип клеток, который, как считалось, находится в конце своей способности дифференцироваться, может вернуться в более раннее состояние при правильных условиях. В данном случае это было не с использованием специальной формулы факторов транскрипции, а с помощью индуцирования повреждений, чтобы сказать телу, что нужно восстанавливать себя, и что для этого ему нужны новые клетки определенного типа.
Команда также применяет подходы, изложенные в этой статье, к клеткам кишечника и кожи, чтобы изучить основные идеи поддержания и дифференциации стволовых клеток, чтобы связать их с аналогичными механизмами в сердце. Они также надеются применить эти знания к таким другим заболеваниям легких, как острый респираторный дистресс-синдром и идиопатический фиброз легких, когда альвеолы не могут получать достаточное количество кислорода в кровь.
"Мы хотим знать, можем ли мы и как создать новые клетки легких в качестве альтернативы больным клеткам альвеол," говорит Джайн.