Wissenschaftler wachsen und reinigen früheste Lungenvorfahre von den menschlichen Stammzellen

Menschliche Lungen, wie alle Organe, fangen ihr Bestehen als Büschel von undifferenzierten Stammzellen an. Aber in einem Stoff von Monaten, erhalten die Zellen organisiert. Sie erfassen zusammen, Zweig und Knospe, einige Formungsatemwege und andere Alveolen, die empfindlichen Beutel, wo unsere Gehäuse Sauerstoff gegen Kohlendioxyd austauschen. Das Endergebnis, ideal: zwei gesund, Atmungslungen.

Für Jahre Wissenschaftler, die Lungenerkrankungen studieren, wie zystische Fibrose versucht haben, diesen Prozess ausführlich aufzuspüren von Anfang bis Ende in der Hoffnung, dass, verstehend, wie Lungen sich normalerweise bilden, helfen kann, zu erklären, wie Sachen schief gehen. Jetzt haben Wissenschaftler in der Mitte Boston-Universität für Verbessernde Medizin (CReM) zwei bedeutende Ergebnisse dieses weitere unser Verständnis dieses Prozesses angekündigt: die Fähigkeit, die frühesten Lungenvorfahre zu wachsen und zu reinigen, die von den menschlichen Stammzellen auftauchen und die Fähigkeit, diese Zellen in kleine „bronchospheres“ zu unterscheiden diese vorbildliche zystische Fibrose. Forscherhoffnung, dass die Ergebnisse, separat veröffentlicht im Zapfen der Klinischen Untersuchungs-und Zellstammzelle, zu neues führen, „personifizierte Medizin“ Anflüge zur Behandlung von Lungenerkrankung.

„Diese Zellen zur Reinheit Zu Sortieren ist wirklich schwierig und wichtig,“ sagt Darrell Kotton, Direktor von CReM und mit-älterer Autor von beiden Papieren, mit Brian Davis von UTHealth an der Universität von Texas. „Es ist der erste Schritt beim Versuchen, vorauszusagen, wie eine Einzelperson möglicherweise reagierte auf vorhandene Behandlungen oder neue Drogen.“

„Es gibt eine lange Liste von Lungenerkrankungen, für die es keine Behandlungen anders als eine Lungentransplantation gibt,“ hinzugefügter Kotton, dessen Arbeit von den Nationalen Instituten der Gesundheit (NIH), die Basis der Zystischen Fibrose finanziert wird und die Massachusetts-Biowissenschaften Zentrieren. „Es ist kritisch wichtig, neue Hilfsmittel für das Verständnis dieser Krankheiten zu entwickeln.“

CReM-Wissenschaftler arbeiten mit verursachten pluripotent Stammzellen oder iPSCs, die von Shinya Yamanaka im Jahre 2006 entdeckt wurden. Yamanaka fand heraus, wie man eine erwachsene Zelle im menschlichen Körper nimmt--wie eine Blutzelle oder Hautzelle--und „reprogram“ sie in eine Stammzelle mit der Fähigkeit, in jedes mögliches Organ zu wachsen. In den letzten Jahren haben einige Gruppen Wissenschaftler Lungenzellen von den menschlichen iPSCs gewachsen, aber die Rezepte sind nicht perfekt--die resultierenden Lungenzellen wachsen unter einem Durcheinander von Leberzellen, von intestinalen Zellen und von anderen Geweben.

„Das ein großer Punkt ist,“ sagt Finnen Hawkins, einen Assistenzprofessor BU Medizinischer Fakultät (MED) von Medizin und Teil des CReM-Teams. Hawkins ist mit-erster Autor auf dem Zapfen des Klinischen Untersuchungspapiers, zusammen mit Philipp Kramer, früher von UTHealth. „Wenn Sie diese Zellen verwenden möchten, um die Lunge zu studieren, müssen Sie jene andere loswerden.“

Zuerst benötigte Hawkins eine Methode, die Lungenzellen zu kennzeichnen. Vorhergehendes Werk durch Kotton und andere CReM-Wissenschaftler zeigten, dass Mäusestammzellen ein Gen ausdrücken, das genannt wird Nkx2-1 an der „Schicksalsentscheidung“--der Moment, den sie zu Lungenzellen machen. „Das ist, sagt das erste Gen, das auf das kommt, „bin Ich eine Lungenzelle, „“ sagt Hawkins. Kotton baute ein Reportergen auf, das Grün glühte, als die Stammzellen zuerst Nkx2-1 ausdrückten, und Hawkins führte das gleiche Gen in menschliche Zellen aus. Jetzt könnte er die glühenden Zellen der grünen Lunge leicht beschmutzen und reinigen.

Unter Verwendung eines Fluss cytometer trennten sich Hawkins und seine Kollegen die grünen Zellen heraus von der Mischung, dann wuchsen sie in einer Grundmasse. Das Ergebnis: kleine grüne Kugeln über Hälfte ein mm herüber, „eine Bevölkerung von reinen, frühen Lungenzellen,“ sagt Hawkins. Das Team ruft die kleinen Kugeln „organoids,“ die vereinfachten und miniaturisierten Versionen eines Organs und enthält Schlüsselbaumuster von Lungenzellen. Die organoids sind Hilfsmittel und sie dienen mindestens zwei wichtige Zwecke. Zuerst erlauben sie Wissenschaftlern, ausführlich einen kritischen kritischen Augenblick in der menschlichen Lungenentwicklung zu studieren, über die sehr wenig bekannt. „Wir entdeckten, dass werden viele der Gene, die Lungenentwicklung in anderen Spezies steuern, wie Mäusen, auch in diesen menschlichen Zellen ausgedrückt,“ sagen Hawkins.

Die organoids dienen einen anderen Zweck, auch: Wissenschaftler können sie in die reiferen, spezifischeren Zellbaumuster wachsen--wie Atemwegzellen oder alveolare Zellen--das sind für Lungenfunktion kritisch. „Jetzt können wir Krankheit, zu betrachten wirklich beginnen,“ sagt Hawkins. Das ist, wo Katherine McCauley (MED'17), ein fünft-jähriger Doktorkandidat bei CReM, die Abbildung einträgt.

McCauleys Zinsen sind zystische Fibrose, eine Krankheit, die durch Veränderungen in einem einzelnen Gen, CFTR verursacht wird. Die Veränderung veranlaßt die Lungen einer Person, einen starken, zähflüssigen Schleim, den die zu Infektion, führt eine Entzündung und schließlich ein Lungenversagen zu produzieren. Für viele Patienten gibt es keine Heilung.

McCauley, Stufen der Krankheit frühestens schauend, wollte Hawkins gereinigte Lungenzellen zum nächsten Schritt nehmen und herausfinden, wie sie Atemwegzellen wurden. Durch viele sorgfältigen Experimente stellte sie herein auf einer Signalisierenbahn auf null ein, die Wnt genannt wurde, bekannt, um in der Mäuselungenentwicklung wichtig zu sein. Indem sie die Bahn abstellte, führte sie die unreifen Lungenzellen in werdene Atemwegzellen. Dann wuchs sie sie in kleine Kugeln von Zellen, die sie nannte „bronchospheres.“

Wie Hawkins organoids wirken die bronchospheres nicht wie ein Bronchus; sie sind einfach eine Sammlung spezifische Zellen. Aber ihre Besonderheit macht sie vorzüglich nützlich. „Wir wollten sehen, wenn wir diese verwenden könnten, um Atemwegkrankheiten zu studieren,“ sagen McCauley. „Das eins der großen Ziele ist: zu diese Zellen von den Patienten ausführen und sie dann verwenden, um die Krankheiten jener Patienten zu studieren.“

Als Machbarkeitsnachweis erreichte McCauley zwei Zellformen von einem Patienten mit zystischer Fibrose, einer, in denen die CFTR-Veränderung, die die Krankheit verursachte, korrigiert worden war, und einer, in der sie nicht hatte, und wuchs sie in bronchospheres. Zu sehen, wenn ihr bearbeitetes Rezept, sie eine Prüfung machte, eine Droge anwendend, die die Kugeln verursachen sollte, die von den normalen gemacht werden, arbeitenden Zellen, um mit Flüssigkeit zu füllen. Es funktionierte: „reparierte“ bronchospheres anfing zu schwellen, während die Kugeln der zystischen Fibrose nicht reagierten. „Das kühle Teil ist, dass wir dieses unter Verwendung Hochdurchsatz Mikroskopie maßen, und dann berechneten wir die Änderung im Bereich mit Zeit,“ sagt McCauley, der diese Ergebnisse in der Zellstammzelle veröffentlichte und führender Autor auf der Studie ist-. „So jetzt können wir CFTR-Funktion auf eine quantitative Art auswerten.“

Der nächste Schritt, sagt McCauley, ist, die Prüfung zu verbessern und stuft sie oben ein und erstellt ähnliche Prüfungen für andere Lungenerkrankungen. „Das Endziel ist, Zellen von einem Patienten zu nehmen und versieht dann verschiedene Kombinationen von Drogen mit filter,“ sagt sie. „Die Idee, dass wir die Zellen und Prüfung nicht zwanzig nehmen könnten eines Patienten, aber die Hunderte oder die Tausenden Drogen und verstehen wirklich, wie der Patient im Begriff war zu reagieren, bevor wir ihnen die Behandlung sogar geben, ist gerade eine unglaubliche Idee.“

Quelle: Boston-Universität

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