В течение многих лет ученые, которые изучают заболевания легких как муковисцедоз, пытались отследить этот процесс подробно, от начала до конца, в надежде, что понимание, как форма легких обычно может помогать объяснить, как вещи идут не так, как надо. Теперь, ученые из Центра Бостонского университета Регенеративной Медицины (CReM) объявили о двух основных результатах что далее наше понимание этого процесса: способность вырасти и очистить самых ранних прародителей легкого, которые появляются из человеческих стволовых клеток и способности дифференцировать эти клетки в крошечные «бронхосферы» тот образцовый муковисцедоз. Исследователи надеются, что результаты, изданные отдельно в Журнале Клинической Стволовой клетки Расследования и Клетки, приведут к новому, «персонализировал медицина» подходы к лечению заболевания легких.«Сортировка эти клетки к чистоте действительно трудные и важные», говорит Даррелл Коттон, директор CReM и co-ведущий-автор обеих бумаг, с Брайаном Дэвисом UTHealth в Техасском университете. «Это – первый шаг в попытке предсказать, как человек мог бы поддаться существующему лечению или новым наркотикам».
«Есть длинный список заболеваний легких, для которых нет никакого лечения кроме пересадки легкого», добавил Коттон, работа которого финансируется Национальными Институтами Здоровья (NIH), Фондом Муковисцедоза и Центром Наук о жизни Массачусетса. «Критически важно разработать новые инструменты для понимания этих болезней».Ученые CReM работают с вызванными плюрипотентными стволовыми клетками или iPSCs, которые были обнаружены Синьей Яманакой в 2006. Яманака выяснил, как взять взрослую клетку в человеческом теле – как клетка крови или клетка кожи – и «повторно программировать» его в стволовую клетку со способностью превратиться в любой орган. В последние годы несколько групп ученых вырастили клетки легкого от человеческого iPSCs, но рецепты не прекрасны – получающиеся клетки легкого растут среди беспорядка клеток печени, клеток кишечника и других тканей.
«Это – большая проблема», говорит финн Хокинс, Медицинская школа BU (MED) доцент медицины и часть команды CReM. Хокинс – co-first автор на Журнале Клинической бумаги Расследования, наряду с Филиппом Крамером, раньше UTHealth. «Если Вы хотите использовать эти клетки, чтобы изучить легкое, Вы должны избавиться от тех других».Во-первых, Хокинсу был нужен способ определить клетки легкого.
Предыдущая работа Kotton и другими учеными CReM продемонстрировала, что стволовые клетки мыши выражают ген по имени Nkx2-1 при «решении судьбы» – момент, они превращаются в клетки легкого. «Это – первый ген, который прибывает в это, говорит, ‘я – клетка легкого’», говорит Хокинс. Kotton построил репортерный ген, который пылал зеленым, когда стволовые клетки сначала выразили Nkx2-1, и Хокинс спроектировал тот же самый ген в клетки человека. Теперь, он мог легко определить и очистить пылающие зеленые клетки легкого.Используя цитометр потока, Хокинс и его коллеги отделили зеленые клетки из соединения, затем вырастили их в матрице.
Результат: крошечная зеленая приблизительно половина миллиметра сфер через, «население чистых, ранних клеток легкого», говорит Хокинс. Команда называет крошечные сферы «organoids», упрощенные и миниатюризированные версии органа, содержа ключевые типы клеток легкого. organoids – инструменты, и они служат по крайней мере двум важным целям. Во-первых, они позволяют ученым изучать, подробно, критический момент в человеческом развитии легкого, о котором очень мало известно. «Мы обнаружили, что многие гены, которые управляют развитием легкого в других разновидностях, таких как мыши, также выражены в этих клетках человека», говорит Хокинс.organoids служат другой цели, также: ученые могут вырастить их в более зрелые, определенные типы клетки – как клетки воздушной трассы или альвеолярные клетки – которые очень важны для функции легкого. «Теперь мы можем на самом деле начать смотреть на болезнь», говорит Хокинс.
Это – то, где Кэтрин Макколи (MED ’17), доктор философии пятого года кандидат в CReM, входит в картину.Интерес Макколи – муковисцедоз, болезнь, вызванная мутациями в единственном гене, CFTR.
Мутация заставляет легкие человека производить густую, вязкую слизь, которая приводит к инфекции, воспламенению, и, в конечном счете, неудаче легкого. Для многих пациентов нет никакого лечения.Макколи, смотря на ранние стадии болезни, требуемой, чтобы взять очищенные камеры легкого Хокинса к следующему шагу и выяснить, как они стали клетками воздушной трассы.
Посредством многих кропотливых экспериментов она обнулила в на сигнальном пути под названием Wnt, который, как известно, был важен в развитии легкого мыши. Выключая путь, она вела незрелые клетки легкого в становление клетками воздушной трассы.
Затем она вырастила их в крошечные шары клеток, которые она назвала «бронхосферами».Как organoids Хокинса, бронхосферы не действуют как бронх; они – просто коллекция определенных клеток. Но их специфика делает их изящно полезными. «Мы хотели видеть, могли ли бы мы использовать их, чтобы изучить болезни воздушной трассы», говорит Макколи. «Это – одна из больших целей: спроектировать эти клетки от пациентов и затем использовать их, чтобы изучить болезни тех пациентов».
Как доказательство понятия, Макколи получил две клеточных линии от пациента с муковисцедозом, тем, в который мутация CFTR, которая вызвала болезнь, был исправлен, и тот, в котором это не имело и вырастило их в бронхосферы. Чтобы видеть, работал ли ее рецепт, она запустила тест, применив препарат, который должен вызвать сферы, сделанные из нормальных, функционирующих клеток заполниться жидкостью. Это работало: «фиксированные» бронхосферы начали раздуваться, в то время как сферы муковисцедоза не реагировали. «Прохладная часть – то, что мы измерили эту микроскопию высокой пропускной способности использования, и затем мы вычислили изменение в области со временем», говорит Макколи, который издал эти результаты в Стволовой клетке Клетки и является ведущим автором на исследовании. «Таким образом, теперь мы можем оценить функцию CFTR количественным способом».
Следующий шаг, говорит Макколи, должен улучшить тест, и увеличить его и создать подобные тесты на другие заболевания легких. «Конечная цель должна взять клетки от пациентки, и затем показать различные комбинации наркотиков», говорит она. «Идея, что мы могли взять камеры пациента и проверить не двадцать, но сотни или тысячи наркотиков, и на самом деле понять, как пациент собирался ответить, прежде чем мы даже предоставим им лечение, является просто невероятной идеей».