Gli Scienziati coltivano e depurano i progenitori del polmone più in anticipo dalle cellule staminali umane

I polmoni Umani, come tutti gli organi, cominciano la loro esistenza come mucchi di cellule staminali non differenziate. Ma in un aspetto dei mesi, le celle ottengono organizzate. Si riuniscono insieme, filiale e germoglio, alcune gallerie di ventilazione di formazione ed altre alveoli, i sacchi delicati dove i nostri organismi scambiano l'ossigeno per l'anidride carbonica. Il risultato finale, idealmente: due sani, polmoni respiranti.

Per anni, scienziati che studiano le affezioni polmonari come la fibrosi cistica ha provato a tenere la carreggiata dettagliatamente questo trattamento, dall'inizio alla fine, nella speranza che capire come i polmoni si formano può contribuire normalmente a spiegare come le cose vanno male. Ora, gli scienziati al Centro Universitario Di Boston per Medicina A Ricupero (CReM) hanno annunciato due risultati importanti quell'ulteriore la nostra comprensione di questo trattamento: la capacità di coltivare e depurare i progenitori del polmone più in anticipo che emergano dalle cellule staminali umane e la capacità di differenziare queste celle “nei bronchospheres„ minuscoli quella fibrosi cistica di modello. La speranza dei Ricercatori che i risultati, pubblicati esclusivamente nel Giornale della Cellula Staminale Clinica delle Cellule e di Ricerca, piombo a nuovo, “ha personalizzato approcci della medicina„ a trattare l'affezione polmonare.

“Ordinare queste celle alla purezza è realmente difficile ed importante,„ dice Darrell Kotton, Direttore di CReM ed autore co-senior di entrambi i documenti, con Brian Davis di UTHealth all'Università del Texas. “È il primo punto nella prova di predire come una persona potrebbe rispondere ai trattamenti attuali o alle nuove droghe.„

“C'è una lista lunga delle affezioni polmonari per cui non ci sono i trattamenti all'infuori di un trapianto del polmone,„ Kotton aggiunto, di cui il lavoro è costituito un fondo per dagli Istituti della Sanità Nazionali (NIH), le Fondamenta di Fibrosi Cistica e le Scienze Biologiche Di Massachusetts Concentrano. “È estremamente importante sviluppare i nuovi strumenti per la comprensione delle queste malattie.„

Gli scienziati di CReM lavorano con le cellule staminali pluripotent incitate, o i iPSCs, che sono stati scoperti da Shinya Yamanaka nel 2006. Yamanaka ha capito come catturare una cella adulta nel corpo umano--come un globulo o una cellula epiteliale--e “riprogrammilo„ in una cellula staminale con la capacità di svilupparsi in tutto l'organo. Negli ultimi anni, parecchi gruppi di scienziati hanno coltivato le celle del polmone dai iPSCs umani, ma le ricette non sono perfette--le celle risultanti del polmone si sviluppano in mezzo di un miscuglio delle celle di fegato, delle celle intestinali e di altri tessuti.

“Che è una grande emissione,„ dice il Finlandese Hawkins, un assistente universitario della Scuola di Medicina dei BU (MED) di medicina e la parte del gruppo di CReM. Hawkins è co-primo autore sul Giornale del documento Clinico di Ricerca, con Philipp Kramer, precedentemente di UTHealth. “Se volete usare queste celle per studiare il polmone, dovete liberarti di quegli altri.„

In Primo Luogo, Hawkins ha avuto bisogno di un modo identificare le celle del polmone. Il lavoro precedente da Kotton ed altri scienziati di CReM hanno dimostrato che le cellule staminali del mouse esprimono un gene chiamato Nkx2-1 “alla decisione di destino„--il momento che si trasformano nelle celle del polmone. “Che è il primo gene che viene su quello dice, “sono una cella del polmone, “„ dice Hawkins. Kotton ha costruito un gene del reporter che ha emesso luce verde quando le cellule staminali in primo luogo hanno espresso Nkx2-1 e Hawkins ha costruito lo stesso gene nelle cellule umane. Ora, potrebbe macchiare e depurare facilmente le celle d'ardore del polmone verde.

Facendo Uso di un cytometer di flusso, Hawkins ed i suoi colleghi hanno separato le celle verdi fuori dalla miscela, quindi le hanno coltivate in una matrice. Il risultato: sfere verdi minuscole circa il millimetro mezzo attraverso, “una popolazione delle celle pure e in anticipo del polmone,„ dice Hawkins. Il gruppo chiama le sfere minuscole “organoids,„ versioni semplificate e miniaturizzate di un organo, contenenti i tipi chiave di celle del polmone. I organoids sono strumenti e hanno almeno due scopi importanti. In Primo Luogo, permettono che gli scienziati studino, dettagliatamente, una giuntura critica nello sviluppo umano del polmone circa cui pochissimo è conosciuto. “Abbiamo scoperto che molti dei geni che gestiscono lo sviluppo del polmone in altre specie, quali i mouse, egualmente sono espressi in queste cellule umane,„ diciamo Hawkins.

I organoids hanno un altro scopo, pure: gli scienziati possono coltivarli nei tipi più maturi e più specifici delle cellule--come le celle della galleria di ventilazione o le celle alveolari--quello è critico per la funzione polmonare. “Ora possiamo realmente cominciare esaminare la malattia,„ dice Hawkins. Quello è dove Katherine McCauley (MED'17), un candidato quinto anno di PhD a CReM, entra nella maschera.

L'interesse di McCauley è fibrosi cistica, una malattia causata dalle mutazioni in un singolo gene, CFTR. La mutazione induce i polmoni di una persona a produrre un muco che quella piombo all'infezione, un'infiammazione e, finalmente, un errore spessi e viscosi del polmone. Per molti pazienti, non c'è maturazione.

McCauley, esaminante le fasi più iniziali della malattia, ha voluto catturare le celle depurative del polmone di Hawkins al punto seguente e capire come sono diventato celle della galleria di ventilazione. Con molti esperimenti scrupolosi, ha azzerato dentro su una via di segnalazione chiamata Wnt, conosciuto per essere importante nello sviluppo del polmone del mouse. Spegnebbi la via, ha guidato le celle acerbe del polmone nelle celle diventanti della galleria di ventilazione. Poi, le ha coltivate nelle palle minuscole delle celle, che ha chiamato “bronchospheres.„

Come i organoids di Hawkins, i bronchospheres non agiscono come un bronco; sono semplicemente una collezione di celle specifiche. Ma la loro specificità li rende squisito utili. “Abbiamo voluto vedere se potessimo usare questi per studiare le malattie della galleria di ventilazione,„ diciamo McCauley. “Che è uno di grandi scopi: per costruire queste celle dai pazienti e poi usarli per studiare le malattie di quei pazienti.„

Come proof of concept, McCauley ha ottenuto due linee cellulari da un paziente con fibrosi cistica, una in cui la mutazione di CFTR che ha causato la malattia era stata corretta ed una in cui non ha avuta e le ha coltivate nei bronchospheres. per vedere se la sua ricetta lavorata, lei eseguisse una prova, applicando una droga che dovrebbe causare le sfere fatte delle celle normali e di funzionamenti per riempire di liquido. Ha funzionato: “ha fissato„ i bronchospheres ha cominciato a gonfiare, mentre le sfere di fibrosi cistica non hanno reagito. “La parte fresca è che abbiamo misurato questo facendo uso di microscopia di alto-capacità di lavorazione e poi abbiamo calcolato il cambiamento nell'area con tempo,„ dice McCauley, che ha pubblicato questi risultati in Cellula Staminale delle Cellule ed è autore principale sullo studio. “Così ora possiamo valutare la funzione di CFTR in un modo quantitativo.„

Il punto seguente, dice McCauley, è di migliorare la prova e la riporta in scala su e crea le simili prove per altre affezioni polmonari. “Lo scopo finale è di catturare le celle da un paziente e poi scherma le combinazioni differenti di droghe,„ dice. “L'idea che potremmo catturare le celle di un paziente e la prova non venti, ma le centinaia o migliaia di droghe e realmente capiscono come il paziente stava andando rispondere prima che anche diamo loro il trattamento, è appena un'idea incredibile.„

Sorgente: Boston University

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