Более 20 лет ученые, возглавляющие эту работу, искали способ приживления клеток в поврежденные ткани легких с целью регенерации дыхательных путей или альвеол легких. Они подозревали, что для того, чтобы приживление было долговечным и функциональным, необходимо восстановить «отделения» ствола или предшественников легкого, также иногда известные как ниши стволовых клеток. Они сконцентрировались сначала на разработке методов конструирования каждой из стволовых клеток легких или клеток-предшественников в лаборатории с использованием плюрипотентных стволовых клеток, а затем разработали методы трансплантации этих клеток в экспериментальные мышиные модели с поврежденными легкими.

В своем исследовании «Восстановление стволовых клеток дыхательных путей путем трансплантации базальных клеток, полученных из первичных или плюрипотентных стволовых клеток», исследователи CReM сосредоточили внимание на дыхательных путях легких. Эти дыхательные пути выстланы эпителием, имеющим хорошо описанные стволовые клетки, называемые «базальными клетками», которые отвечают за поддержание этих дыхательных путей на протяжении всей жизни.

«Дифференцируя экспериментальную модель и плюрипотентные стволовые клетки человека в базальные клетки дыхательных путей в лабораторной чашке, мы затем смогли использовать эти клетки для восстановления компартмента стволовых клеток поврежденных модельных дыхательных путей in vivo (в живой ткани). Это привело к пожизненному приживлению сконструированных базальных клеток в иммунокомпетентной модели. Поскольку клетки, привитые в качестве базальных клеток, нормальных стволовых клеток дыхательных путей, были способны самообновляться или создавать копии самих себя путем деления, а также давать начало другим типам клеток, которые вместе образуют функциональный эпителий дыхательных путей», — объяснил соответствующий автор. Даррел Коттон, доктор медицинских наук, профессор медицины Дэвида К. Селдина в Медицинской школе Чобанаяна и Аведисиана Бостонского университета и директор CReM.

В своей второй статье «Надежное альвеолярное приживление эпителиальных клеток легких, полученных из ПСХ, иммунокомпетентным мышам» исследователи CReM нацелились на воздушные мешки в легких, известные как альвеолы. Коттон и его команда разработали методы трансплантации модифицированных клеток в альвеолы ​​— область легких, отвечающую за газообмен. Приживленные клетки сформировали оба типа альвеолярных клеток, называемые пневмоцитами 1-го и 2-го типа. Поскольку пневмоциты 2-го типа действуют как предшественники альвеол легких на протяжении всей жизни, формирование новых пневмоцитов 2-го типа из трансплантированных сконструированных клеток гарантировало, что клетки будут самообновляться и дифференцироваться для поддержания легочных альвеол в течение длительного времени.

Исследователи полагают, что восстановление легочных стволовых клеток и клеток-предшественников в дыхательных путях и альвеолах с использованием клеток, полученных из плюрипотентных стволовых клеток, является важным открытием, имеющим множество последствий для будущего лечения заболеваний легких, которые включают травмы, дегенерацию или мутации. «Поскольку индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) могут быть получены из крови или кожи любого человека с помощью технологии, называемой перепрограммированием, мы надеемся, что эта работа поможет проложить путь к разработке новых терапевтических подходов, при которых ИПСК могут быть получены от любого пациента с заболеваний легких, дифференцированных в стволовые клетки легких в лаборатории и используемых для трансплантации для восстановления здоровых дыхательных путей и альвеолярных эпителиальных тканей таким образом, чтобы они были долговечными и функциональными», — сказал Мартин Ма, первый автор первой статьи и доктор медицинских наук. Аспирант лаборатории Коттона.

Для тех, кто страдает от генетических заболеваний легких, таких как муковисцидоз и первичная цилиарная дискинезия, можно отредактировать гены ИПСК в лаборатории перед трансплантацией, что означает, что во вновь привитых клетках будет исправлена ​​​​генная мутация, и они не будут иметь болезней. . «Поскольку эти клетки будут собственными клетками пациента, отличающимися только исправленным геном, теоретически они не должны быть отторгнуты после трансплантации обратно этому пациенту, что позволит избежать необходимости в иммуносупрессии, как мы продемонстрировали в наших двух доказательствах. концептуальные исследования сингенной трансплантации на иммунокомпетентных экспериментальных моделях», — добавил Майкл Херригес, доктор философии, первый автор второй статьи и научный сотрудник лаборатории Коттона.

По словам Коттона, эти статьи представляют собой кульминацию 20-летних исследований. «Хотя лечение заболеваний легких, таких как эмфизема, фиброз легких и COVID-19, потребует гораздо большего количества исследований, мы надеемся, что люди с генными мутациями, которые вызывают повреждение дыхательных путей или альвеол легких, например, дети или взрослые с семейными формами заболеваний легких , возможно, в будущем можно будет лечить с помощью такого подхода».