Les Scientifiques élèvent et épurent les premiers ancêtres de poumon des cellules souche humaines

Les poumons Humains, comme tous les organes, commencent leur existence comme blocs des cellules souche indifférenciées. Mais dans une question des mois, les cellules obtiennent dispensées. Ils se réunissent ensemble, sont branchés et bourgeonnent, quelques voies aériennes de formation et d'autres des alvéoles, les sacs fragiles où nos fuselages permutent l'oxygène pour le dioxyde de carbone. Le résultat final, idéalement : deux sains, poumons de respiration.

Pendant des années, scientifiques qui étudient des affections pulmonaires comme la mucoviscidose ont essayé de cheminer ce procédé en détail, du début à la fin, dans l'espoir que comprenant comment les poumons forment normalement peut aider à expliquer comment les choses vont mal. Maintenant, les scientifiques au Centre d'Université de Boston pour le Médicament Régénérateur (CReM) ont annoncé deux découvertes importantes cet autre notre compréhension de ce procédé : la capacité d'élever et épurer les premiers ancêtres de poumon qui apparaissent des cellules souche humaines, et la capacité de différencier ces cellules dans les « bronchospheres » minuscules cette mucoviscidose modèle. L'espoir de Chercheurs que les résultats, publiés séparé dans le Tourillon de la Cellule Souche d'Investigation Clinique et de Cellules, mèneront à neuf, des élans « a personnalisé médicament » à traiter l'affection pulmonaire.

« Trier ces cellules à la pureté est réellement difficile et important, » dit Darrell Kotton, directeur de CReM et auteur de Co-sénior des deux papiers, avec Brian Davis d'UTHealth à l'Université du Texas. « C'est la première étape dans l'essai de prévoir comment une personne pourrait répondre aux demandes de règlement existantes ou aux médicaments neufs. »

« Il y a une longue liste d'affections pulmonaires pour lesquelles il n'y a aucune demande de règlement autres qu'une greffe de poumon, » Kotton ajouté, dont le travail est financé par les Instituts de la Santé Nationaux (NIH), la Fondation de Mucoviscidose, et les Sciences de la Vie du Massachusetts Centrent. « Il est en critique important de développer les outils neufs pour comprendre ces maladies. »

Les scientifiques de CReM travaillent avec les cellules souche pluripotent induites, ou les iPSCs, qui ont été découverts par Shinya Yamanaka en 2006. Yamanaka a figuré à l'extérieur comment prendre une cellule adulte au corps humain--comme un globule sanguin ou une cellule de la peau--et « reprogrammez- » le dans une cellule souche avec la capacité de se développer dans n'importe quel organe. Ces dernières années, plusieurs groupes de scientifiques ont élevé des cellules de poumon des iPSCs humains, mais les recettes ne sont pas parfaites--les cellules donnantes droit de poumon se développent parmi un pêle-mêle des cellules de foie, des cellules intestinales, et d'autres tissus.

« Qui est une grande délivrance, » dit le Finlandais Hawkins, un professeur adjoint de l'École de Médecine de BU (le MED) de médicament et une partie de l'équipe de CReM. Hawkins est le Co-premier auteur sur le Tourillon du papier d'Investigation Clinique, avec Philipp Kramer, ancien d'UTHealth. « Si vous voulez utiliser ces cellules pour étudier le poumon, vous devez se débarasser de ceux d'autres. »

D'abord, Hawkins a eu besoin d'une voie de recenser les cellules de poumon. Les Anciens travaux à côté de Kotton et d'autres scientifiques de CReM ont expliqué que les cellules souche de souris expriment un gène Nkx2-1 appelé à la « décision de destin »--le moment où ils se transforment en cellules de poumon. « Qui est le premier gène qui vient sur c'indique, « Je suis une cellule de poumon, «  » dit Hawkins. Kotton a établi un gène de journaliste qui a rougeoyé vert quand les cellules souche ont exprimé la première fois Nkx2-1, et Hawkins a conçu le même gène dans des cellules humaines. Maintenant, il pourrait facilement repérer et épurer les cellules rougeoyantes de poumon vert.

Utilisant un cytometer de flux, Hawkins et ses collègues ont séparé les cellules vertes à l'extérieur du mélange, puis les ont élevées dans une modification. Le résultat : sphères vertes minuscules environ la moitié par mm à travers, « une population des cellules pures et premières de poumon, » dit Hawkins. L'équipe appelle les sphères minuscules « organoids, » des versions simplifiées et miniaturisées d'un organe, contenant les types principaux de cellules de poumon. Les organoids sont des outils, et ils atteignent au moins deux objectifs importants. D'abord, ils permettent à des scientifiques d'étudier, en détail, une jointure critique dans le développement humain de poumon au sujet duquel très peu est connu. « Nous avons découvert que plusieurs des gènes qui règlent le développement de poumon dans l'autre substance, telle que des souris, sont également exprimés en ces cellules humaines, » dit Hawkins.

Les organoids atteignent un autre objectif, aussi bien : les scientifiques peuvent les élever dans plus matures, types particuliers de cellules--comme des cellules de voie aérienne ou des cellules alvéolaires--ce sont critique pour la fonction pulmonaire. « Maintenant nous pouvons réellement commencer à regarder la maladie, » dit Hawkins. C'est où Katherine McCauley (MED'17), un candidat cinquième an de PhD chez CReM, écrit l'illustration.

L'intérêt de McCauley est mucoviscidose, une maladie provoquée par des mutations dans un gène unique, CFTR. La mutation fait produire les poumons d'une personne un mucus que cela mène à l'infection, une inflammation, et, éventuellement, une défaillance épais et visqueux de poumon. Pour beaucoup de patients, il n'y a aucun remède.

McCauley, regardant les parties de la maladie, a voulu porter les cellules épurées du poumon de Hawkins à la prochaine phase et figurer à l'extérieur comment elles sont devenues des cellules de voie aérienne. Par beaucoup d'expériences soigneuses, il a mis à zéro dedans sur une voie Wnt appelé de signalisation, connu pour être important dans le développement de poumon de souris. En arrêtant la voie, il a guidé les cellules immatures de poumon dans les cellules étant de voie aérienne. Puis, il les a élevées dans les billes minuscules des cellules, qui il les « bronchospheres appelés. »

Comme les organoids de Hawkins, les bronchospheres n'agissent pas comme une bronche ; ils sont simplement une collection de cellules particulières. Mais leur spécificité les rend extraordinairement utiles. « Nous avons voulu voir si nous pourrions employer ces derniers pour étudier des maladies des voies aériennes, » dit McCauley. « Qui est l'un des grands objectifs : pour concevoir ces cellules des patients et puis les utiliser pour étudier les maladies de ces patients. »

Comme validation de principe, McCauley a obtenu deux lignées cellulaires d'un patient avec la mucoviscidose, une dans lesquelles la mutation de CFTR qui a entraîné la maladie avait été rectifiée, et une dans laquelle elle n'a pas eu, et les a élevées dans des bronchospheres. Pour voir si sa recette fonctionnée, il exécutait un test, appliquant un médicament qui devrait entraîner des sphères faites de cellules normales et fonctionnantes pour remplir du liquide. Cela a fonctionné : « a fixé » des bronchospheres a commencé à gonfler, alors que les sphères de mucoviscidose ne réagissaient pas. « La partie fraîche est que nous avons mesuré ceci utilisant la microscopie de haut-débit, et alors nous avons prévu le changement de la zone avec du temps, » dit McCauley, qui a publié ces résultats en Cellule Souche de Cellules et est auteur important sur l'étude. « Tellement maintenant nous pouvons évaluer le fonctionnement de CFTR d'une voie quantitative. »

La prochaine phase, indique McCauley, est d'améliorer le test, et l'évalue, et produit les tests assimilés pour d'autres affections pulmonaires. « L'objectif final est de prendre des cellules d'un patient, et puis examine différentes combinaisons des médicaments, » il dit. « L'idée que nous pourrions passer les cellules et l'examen non vingt d'un patient, mais les centaines ou les milliers de médicaments, et comprennent réellement comment le patient allait répondre avant que nous leur donnions même la demande de règlement, est juste une idée incroyable. »

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