Os Cientistas crescem e refinam os ancestral os mais adiantados do pulmão das células estaminais humanas

Os pulmões Humanos, como todos os órgãos, começam sua existência como grupos de células estaminais não diferenciadas. Mas em uma matéria dos meses, as pilhas obtêm organizadas. Recolhem junto, ramo e botão, algumas vias aéreas de formação e outro os alvéolos, os sacos delicados onde nossos corpos trocam o oxigênio pelo dióxido de carbono. O resultado final, idealmente: dois saudáveis, pulmões de respiração.

Por anos, cientistas que estudam doenças pulmonares como a fibrose cística tentou seguir em detalhe este processo, do início ao fim, na esperança que compreendendo como os pulmões formam normalmente pode ajudar a explicar como as coisas vão mal. Agora, os cientistas no Centro de Universidade de Boston para a Medicina Regenerativa (CReM) anunciaram dois resultados principais esse mais adicional nossa compreensão deste processo: a capacidade para crescer e refinar os ancestral os mais adiantados do pulmão que emergem das células estaminais humanas, e a capacidade para diferenciar estas pilhas em “bronchospheres minúsculos” essa fibrose cística modelo. A esperança dos Pesquisadores que os resultados, publicados separada no Jornal da Célula Estaminal Clínica da Investigação e da Pilha, conduzirão a novo, “personalizou aproximações da medicina” a tratar a doença pulmonar.

“Classificar estas pilhas à pureza é realmente difícil e importante,” diz Darrell Kotton, director de CReM e autor co-superior de ambos os papéis, com Brian Davis de UTHealth na Universidade do Texas. “É a primeira etapa na tentativa prever como um indivíduo pôde responder aos tratamentos existentes ou às drogas novas.”

“Há uma lista longa de doenças pulmonares para que não há nenhum tratamento diferentes de uma transplantação do pulmão,” Kotton adicionado, cujo o trabalho é financiado pelos Institutos de Saúde Nacionais (NIH), a Fundação da Fibrose Cística, e as Ciências da Vida de Massachusetts Se Centram. “É criticamente importante desenvolver novas ferramentas para compreender estas doenças.”

Os cientistas de CReM trabalham com células estaminais pluripotent induzidas, ou iPSCs, que foram descobertos por Shinya Yamanaka em 2006. Yamanaka figurou para fora como tomar uma pilha adulta no corpo humano--como um glóbulo ou uma célula epitelial--e “reprogram” o em uma célula estaminal com a capacidade para crescer em todo o órgão. Nos últimos anos, diversos grupos de cientistas cresceram pilhas do pulmão dos iPSCs humanos, mas as receitas não são perfeitas--as pilhas resultantes do pulmão crescem entre um desordem de pilhas de fígado, de pilhas intestinais, e de outros tecidos.

“Que é uma edição grande,” diz o Finlandês Hawkins, um professor adjunto da Faculdade de Medicina dos BU (o MED) da medicina e a parte da equipe de CReM. Hawkins é co-primeiro autor no Jornal do papel Clínico da Investigação, junto com Philipp Kramer, anteriormente de UTHealth. “Se você quer usar estas pilhas para estudar o pulmão, você precisa de obter livrado daqueles outro.”

Primeiramente, Hawkins necessário uma maneira de identificar as pilhas do pulmão. Os Trabalhos anteriores por Kotton e outros cientistas de CReM demonstraram que as células estaminais do rato expressam um gene chamado Nkx2-1 do “na decisão destino”--o momento onde transformam em pilhas do pulmão. “Que é o primeiro gene que vem naquele diz, “Eu sou uma pilha do pulmão, “” diz Hawkins. Kotton construiu um gene do repórter que incandescesse verde quando as células estaminais expressaram primeiramente Nkx2-1, e Hawkins projectou o mesmo gene em pilhas humanas. Agora, poderia facilmente manchar e refinar as pilhas de incandescência do pulmão verde.

Usando um cytometer do fluxo, Hawkins e seus colegas separaram as pilhas verdes para fora da mistura, a seguir cresceram-nas em uma matriz. O resultado: esferas verdes minúsculas sobre a metade um do milímetro transversalmente, “uma população de pilhas puras, adiantadas do pulmão,” diz Hawkins. A equipe chama as esferas minúsculas “organoids,” as versões simplificadas e miniaturizadas de um órgão, contendo os tipos chaves de pilhas do pulmão. Os organoids são ferramentas, e servem pelo menos duas finalidades importantes. Primeiramente, permitem que os cientistas estudem, em detalhe, uma articulação crítica na revelação humana do pulmão sobre que pouco é sabido muito. “Nós descobrimos que muitos dos genes que controlam a revelação do pulmão na outra espécie, tal como ratos, são expressados igualmente nestas pilhas humanas,” dizemos Hawkins.

Os organoids servem uma outra finalidade, também: os cientistas podem crescê-los em uns tipos mais maduros, mais específicos da pilha--como pilhas da via aérea ou pilhas alveolares--isso é crítico para a função pulmonar. “Agora nós podemos realmente começar olhar a doença,” diz Hawkins. Isso é o lugar onde Katherine McCauley (MED'17), um candidato de quinto-ano PhD em CReM, incorpora a imagem.

O interesse de McCauley é fibrose cística, uma doença causada pelas mutações em um único gene, CFTR. A mutação faz com que os pulmões de uma pessoa produzam um muco que aquela conduz à infecção, uma inflamação, e, eventualmente, uma falha grossos, viscosos do pulmão. Para muitos pacientes, não há nenhuma cura.

McCauley, olhando as fases as mais adiantadas da doença, quis tomar pilhas refinadas do pulmão de Hawkins ao passo seguinte e figurar para fora como se transformaram pilhas da via aérea. Com muitas experiências cuidadosas, zerou dentro em um caminho da sinalização chamado Wnt, conhecido para ser importante na revelação do pulmão do rato. Desligando o caminho, guiou as pilhas imaturas do pulmão em pilhas tornando-se da via aérea. Então, cresceu-os em bolas minúsculas das pilhas, que chamou “bronchospheres.”

Como os organoids de Hawkins, os bronchospheres não actuam como um brônquio; são simplesmente uma coleção de pilhas específicas. Mas sua especificidade fá-los exquisitely úteis. “Nós quisemos ver se nós poderíamos usar estes para estudar doenças da via aérea,” dizemos McCauley. “Que é um dos objetivos grandes: para projectar estas pilhas dos pacientes e usá-los então para estudar as doenças daqueles pacientes.”

Como uma prova de conceito, McCauley obteve duas linha celular de um paciente com fibrose cística, uma em que a mutação de CFTR que causou a doença tinha sido corrigida, e uma em que não teve, e cresceu-a em bronchospheres. Para ver se sua receita trabalhada, ela executou um teste, aplicando uma droga que deva causar as esferas feitas de pilhas normais, funcionando para encher-se com o líquido. Trabalhou: “fixou” bronchospheres começou a inchar, quando as esferas da fibrose cística não reagiram. “A parte fresca é que nós medimos esta microscopia de utilização da alto-produção, e então nós calculamos a mudança na área com tempo,” diz McCauley, que publicou estes resultados na Célula Estaminal da Pilha e é autor principal no estudo. “Tão agora nós podemos avaliar a função de CFTR em uma maneira quantitativa.”

O passo seguinte, diz McCauley, é melhorar o teste, e escala-o acima, e cria-o testes similares para outras doenças pulmonares. “O objetivo do fim é tomar pilhas de um paciente, e selecciona então combinações diferentes de drogas,” diz. “A ideia que nós poderíamos tomar as pilhas de um paciente e o teste não vinte, mas as centenas ou os milhares de drogas, e compreendem realmente como o paciente estava indo responder antes que nós lhes demos mesmo o tratamento, é apenas uma ideia incrível.”

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