لأكثر من 20 عامًا، اتبع العلماء الذين يقودون هذا العمل طريقة لزرع الخلايا في أنسجة الرئة المصابة بهدف تجديد الممرات الهوائية أو الحويصلات الهوائية في الرئة. لقد اشتبهوا في أنه لكي تكون عملية التطعيم طويلة الأمد وفعالة، سيكون من المهم إعادة تشكيل "مقصورات" الرئة الجذعية أو السلفية، والتي تُعرف أيضًا أحيانًا باسم منافذ الخلايا الجذعية. ركزوا أولاً على تطوير طرق لهندسة كل خلية من الخلايا الجذعية أو الخلايا السلفية للرئة في المختبر باستخدام الخلايا الجذعية متعددة القدرات، ثم طوروا طرقًا لزرع هذه الخلايا في نماذج الفئران التجريبية ذات الرئتين المصابتين.

في دراستهم "إعادة تكوين الخلايا الجذعية في مجرى الهواء عن طريق زرع الخلايا القاعدية المشتقة من الخلايا الجذعية الأولية أو متعددة القدرات"، ركز الباحثون في CReM على الممرات الهوائية في الرئة. تصطف هذه الممرات الهوائية بواسطة ظهارة تحتوي على خلايا جذعية موصوفة بشكل جيد تسمى "الخلايا القاعدية"، المسؤولة عن الحفاظ على هذه الممرات الهوائية طوال الحياة.

"من خلال التمييز بين النموذج التجريبي والخلايا الجذعية البشرية متعددة القدرات في الخلايا القاعدية للمجرى الهوائي في طبق المختبر، تمكنا بعد ذلك من استخدام هذه الخلايا لإعادة تكوين حجرة الخلايا الجذعية في الممرات الهوائية النموذجية المصابة في الجسم الحي (في الأنسجة الحية). وأدى ذلك إلى تطعيم الخلايا القاعدية المهندسة مدى الحياة في نموذج مناعي. وأوضح المؤلف المقابل أن الخلايا المطعمة كخلايا قاعدية، وهي الخلية الجذعية الطبيعية للممرات الهوائية، كانت قادرة على التجديد الذاتي أو عمل نسخ من نفسها عن طريق الانقسام وكذلك إنشاء أنواع أخرى من الخلايا التي تشكل معًا ظهارة مجرى الهواء الوظيفية. داريل كوتون، دكتوراه في الطب، وأستاذ ديفيد سي سيلدين للطب في كلية الطب بجامعة بوسطن تشوبانيان وأفيديسيان ومدير CReM.

في ورقتهم البحثية الثانية، بعنوان "التطعيم السنخي الدائم للخلايا الظهارية الرئوية المشتقة من PSC في الفئران ذات الكفاءة المناعية"، استهدف باحثو CReM أكياس الهواء الرئوية، المعروفة باسم الحويصلات الهوائية. طوّر كوتون وفريقه طرقًا لزرع الخلايا المهندسة في الحويصلات الهوائية، وهي منطقة الرئة المسؤولة عن تبادل الغازات. شكلت الخلايا المطعومة كلا النوعين من الخلايا السنخية، تسمى الخلايا الرئوية من النوع 1 والنوع 2. نظرًا لأن الخلايا الرئوية من النوع 2 تعمل كسلائف لحويصلات الرئة طوال الحياة، فإن تكوين خلايا رئوية جديدة من النوع 2 من الخلايا المهندسة المزروعة يضمن أن الخلايا تجدد نفسها وتتمايز للحفاظ على الحويصلات الرئوية لفترة طويلة.

ويعتقد الباحثون أن إعادة تكوين جذع الرئة والخلايا السلفية في الشعب الهوائية والحويصلات الهوائية باستخدام الخلايا المهندسة من الخلايا الجذعية متعددة القدرات يعد اكتشافًا مهمًا له آثار عديدة على العلاج المستقبلي لأمراض الرئة التي تنطوي على الإصابة أو الانحطاط أو الطفرات. "بما أنه يمكن توليد الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات (iPSCs) من دم أو جلد أي فرد من خلال تقنية تسمى إعادة البرمجة، فإننا نأمل أن يساعد هذا العمل في تمهيد الطريق نحو تطوير أساليب علاجية جديدة حيث يمكن تصنيع الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات من أي مريض لديه قال مارتن ما، المؤلف الأول للورقة الأولى وحاصل على درجة الدكتوراه في الطب/جامعة بوسطن، "إن مرض الرئة، يتم تفريقه إلى خلايا جذعية رئوية في المختبر، ويستخدم في عملية الزرع لإعادة تكوين مجرى الهواء الصحي والأنسجة الظهارية السنخية بطريقة متينة وعملية". طالب دكتوراه في مختبر كوتون.

بالنسبة لأولئك الذين يعانون من أمراض الرئة الوراثية، مثل التليف الكيسي وخلل الحركة الهدبية الأولي، من الممكن تحرير الجينات iPSCs في المختبر قبل الزرع، مما يعني أن الخلايا المطعمة حديثًا سيتم تصحيح طفرة جيناتها ويجب أن تكون خالية من الأمراض . "بما أن هذه الخلايا ستكون خلايا المريض نفسه، وتختلف فقط في الجين المصحح، فمن الناحية النظرية لا ينبغي رفضها بعد زرعها مرة أخرى في ذلك المريض، وبالتالي تجنب أي حاجة إلى تثبيط المناعة، كما أثبتنا في برهانينا. أضاف مايكل هيريجيز، دكتوراه، المؤلف الأول للورقة الثانية وزميل ما بعد الدكتوراه في مختبر كوتون، مفهوم دراسات زرع الجينات في النماذج التجريبية ذات الكفاءة المناعية.

ووفقا لكوتون، تمثل هذه الأوراق تتويجا لعشرين عاما من البحث. "على الرغم من أن علاج أمراض الرئة مثل انتفاخ الرئة والتليف الرئوي وكوفيد-20 سيتطلب الكثير من الأبحاث، إلا أننا نأمل أن يتمكن أولئك الذين لديهم طفرات جينية تسبب ضررًا للممرات الهوائية في الرئة أو الحويصلات الهوائية، مثل الأطفال أو البالغين الذين يعانون من أشكال عائلية من أمراض الرئة قد يكون من الممكن علاجه في المستقبل بهذا النوع من النهج."