科学家生长并且净化从人力干细胞的最早期的肺祖先

人力肺,象所有机构,开始他们的存在作为丛无差别的干细胞。 但是数月,细胞获得组织。 他们会集一起,分行和芽,一些形成的空中航线和其他小窝,精美液囊我们的身体为二氧化碳的地方交换氧气。 最终结果,理想地说: 二健康,呼吸的肺。

多年来,学习肺病的科学家,如囊性纤维化设法详细跟踪此进程,自始至终,希望的知道肺如何通常形成可以帮助解释事情如何出错。 现在,科学家在再生医学 (CReM) 波士顿大学的中心宣布了二个主要发现该更加进一步对此进程的我们的了解: 能力生长和净化从人力干细胞涌现的最早期的肺祖先和能力区分这些细胞到微小的 “bronchospheres”该模型囊性纤维化。 研究员希望结果,分别地发布在临床调查细胞干细胞日记帐上,将导致新, “个性化医学”途径对对待肺病。

“排序对纯度的这些细胞是确实困难的,并且重要”,在得克萨斯大学共同高级作者说 Darrell Kotton, CReM 的主任和两份文件,与 UTHealth 的布赖恩迪维斯。 “它是在设法的第一步预测单个如何也许回应现有的处理或新的药物”。

除肺移植之外, “有没有处理的肺病一个长的列表”,被添加的 Kotton,工作由国家卫生研究所资助 (NIH),囊性纤维化基础,并且马萨诸塞生命科学集中。 “开发为了解这些疾病的新工具是极其重要的”。

CReM 科学家与导致的 pluripotent 干细胞或者 iPSCs 一起使用, Shinya 发现在 2006年山中。 山中推测如何采取在人体的一个成人细胞--象血细胞或皮肤细胞--并且 “请重编程序”它到干细胞以这个能力增长到所有机构。 近年来,几个组科学家生长了从人力 iPSCs 的肺细胞,但是处方不是理想的--发生的肺细胞在肝细胞、小肠细胞和其他组织中混杂增长。

“” BU 医学院说芬兰人 Hawkins, (是一个大问题的 MED) 助理医学教授和一部分的 CReM 小组。 Hawkins 是临床调查文件日记帐的共同第一个作者,以及 Philipp Kramer,以前 UTHealth。 “如果您要使用这些细胞学习肺,您需要摆脱那些其他”。

首先, Hawkins 需要方式识别肺细胞。 以前的工作在 Kotton 旁边和其他 CReM 科学家显示出,鼠标干细胞表示基因称 Nkx2-1 在 “命运决策”--他们把变成肺细胞的时候。 “在是的那来的第一个基因说, ‘我是肺细胞’”, Hawkins 说。 Kotton 编译了发光绿色的申报人基因,当干细胞首先表示 Nkx2-1,并且 Hawkins 设计了同一个基因到人类细胞。 现在,他可能容易地察觉和净化发光的清新的肺细胞。

使用流 cytometer, Hawkins 和他的同事从混合分隔绿色细胞,然后生长了他们在矩阵。 结果: 微小的绿色范围大约半每毫米, “纯,早期的肺细胞的人口”, Hawkins 说。 这个小组叫微小的范围 “organoids”,机构的简化的和小型化的版本,包含肺细胞的关键类型。 organoids 是工具,并且他们为至少二个重要目的服务。 首先,他们允许科学家学习,详细,在很少知道的人力肺发展的重要会合。 “我们发现控制在其他种类的肺发展的许多基因,例如鼠标,用这些人类细胞也表示”,说 Hawkins。

organoids 为另一个目的服务, : 科学家能生长他们到更加成熟,更加特定的细胞类型--象空中航线细胞或齿龈音细胞--那为肺脏功能是重要的。 “现在我们可以实际上开始查看疾病”, Hawkins 说。 那是凯瑟琳 McCauley (MED'17) 的地方, CReM 的一名五年 PhD 候选人,输入这张照片。

McCauley 的利息是囊性纤维化,变化造成的疾病在一个唯一基因, CFTR。 那导致传染的这个变化造成人员的肺导致一个厚实,黏黏液,炎症,并且,最终,肺故障。 对于许多患者,没有治疗。

McCauley,查看这个疾病的早期,要采取 Hawkins 的被净化的肺细胞到下一个步骤和推测他们如何成为空中航线细胞。 通过许多刻苦实验,她关注称 Wnt 的信号路,已知是重要的在鼠标肺发展。 通过关闭这条路,她引导未成熟的肺细胞到成为的空中航线细胞。 然后,她生长了他们到细胞微小的球,她称 “bronchospheres”。

象 Hawkins 的 organoids, bronchospheres 不操作象支气管; 他们是特定细胞的一收集。 但是他们的特异性使他们精妙地有用。 “我们要发现我们是否可能使用这些学习空中航线疾病”,说 McCauley。 “是的其中一个大目标: 设计从患者的这些细胞然后使用他们学习那些患者的疾病”。

作为概念证明, McCauley 获得了从一名患者的二细胞系有 CFTR 变化导致这个疾病被更正了的囊性纤维化,它没有的一个和一个的,并且生长了他们到 bronchospheres。 看见她的从事的处方,她是否进行了测试,应用应该导致范围由正常的药物,发挥作用的细胞制成用流体装载。 它运作: 而囊性纤维化范围没有起反应, “修理了” bronchospheres 开始胀大。 “冷静部分是使用高处理量显微学,我们评定了此,我们然后计算了在区上的变化与时间”, McCauley 说,发布在细胞干细胞的这些结果并且是这个研究的主要作者。 “我们可以那么现在评估 CFTR 功能用一个定量方式”。

下一个步骤,说 McCauley,将改进这个测试,并且按比例提高它,并且创建其他肺病的相似的测试。 “结尾目标是采取从患者的细胞,然后筛选药物的不同的组合”,她说。 “这个想法我们可能接受患者的细胞和考试没有二十,但是数百或者千位药物,和实际上知道这名患者如何打算回应,在我们甚而产生他们这种处理前,是一个难以置信的想法”。

来源: 波士顿大学

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