Naukowcy z Centrum Medycyny Regeneracyjnej (CReM), wspólnego przedsięwzięcia Uniwersytetu Bostońskiego i Boston Medical Center, odkryli nowatorskie podejście do wszczepiania zmodyfikowanych komórek do uszkodzonej tkanki płuc. Odkrycia te mogą prowadzić do nowych sposobów leczenia chorób płuc, takich jak rozedma płuc, zwłóknienie płuc i COVID-19. Dwa badania opisujące metodologię inżynierii komórek macierzystych płuc i przeszczepiania ich do uszkodzonych płuc eksperymentalnych bez immunosupresji zostały opublikowane w Internecie w czasopiśmie Cell Stem Cell.
Przez ponad 20 lat naukowcy kierujący tymi pracami poszukiwali sposobu wszczepiania komórek do uszkodzonych tkanek płuc w celu regeneracji dróg oddechowych lub pęcherzyków płucnych. Podejrzewali, że aby wszczepienie było długotrwałe i funkcjonalne, ważne byłoby odtworzenie „przedziałów” łodygi lub progenitora płuc, zwanych czasami niszami komórek macierzystych. Skoncentrowali się najpierw na opracowaniu metod inżynierii laboratoryjnej każdej komórki macierzystej lub progenitorowej płuc przy użyciu pluripotencjalnych komórek macierzystych, a następnie opracowali metody przeszczepiania tych komórek do eksperymentalnych modeli myszy z uszkodzonymi płucami.
W swoim badaniu „Rekonstytucja komórek macierzystych dróg oddechowych poprzez przeszczepienie pierwotnych lub pluripotencjalnych komórek podstawnych pochodzących z komórek macierzystych” badacze CReM skupiają się na drogach oddechowych w płucach. Drogi oddechowe są wyścielone nabłonkiem, w którym znajdują się dobrze opisane komórki macierzyste zwane „komórkami podstawnymi”, które są odpowiedzialne za utrzymanie dróg oddechowych przez całe życie.
„Dzięki różnicowaniu modelu eksperymentalnego i ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych w komórki podstawne dróg oddechowych w naczyniu laboratoryjnym, mogliśmy następnie użyć tych komórek do odtworzenia przedziału komórek macierzystych w uszkodzonych modelowych drogach oddechowych in vivo (w żywej tkance). W rezultacie powstało życie -długie wszczepianie zmodyfikowanych komórek podstawowych w modelu immunokompetentnym. Ponieważ komórki wszczepione jako komórki podstawne, normalne komórki macierzyste dróg oddechowych, były w stanie samoodnawiać się lub tworzyć kopie poprzez podział, a także dając początek innym komórkom typy, które razem tworzą funkcjonalny nabłonek dróg oddechowych” – wyjaśnił współautor Darrell Kotton, lekarz medycyny, David C. Seldin profesor medycyny na Boston University Chobanian & Avedisian School of Medicine i dyrektor CReM.
W swoim drugim artykule, zatytułowanym „Trwałe wszczepienie pęcherzykowe komórek nabłonka płuc pochodzących z PSC myszom immunokompetentnym”, badacze z CReM zajęli się workami powietrznymi w płucach, zwanymi pęcherzykami płucnymi. Kotton i jego zespół opracowali metody wszczepiania zmodyfikowanych komórek do pęcherzyków płucnych – obszaru płuc odpowiedzialnego za wymianę gazową. Wszczepione komórki utworzyły oba typy komórek pęcherzykowych, zwane pneumocytami typu 1 i typu 2. Ponieważ pneumocyty typu 2 działają jako prekursory pęcherzyków płucnych przez całe życie, tworzenie nowych pneumocytów typu 2 z przeszczepionych zmodyfikowanych komórek zapewniło im samoodnowę i różnicowanie, aby utrzymać pęcherzyki płucne przez długi czas.
Naukowcy są przekonani, że odtworzenie komórek macierzystych i progenitorowych płuc w drogach oddechowych i pęcherzykach płucnych przy użyciu komórek uzyskanych z pluripotencjalnych komórek macierzystych to ważne odkrycie, które ma wiele implikacji dla przyszłego leczenia chorób płuc obejmujących urazy, zwyrodnienia lub mutacje. „Ponieważ indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) można wygenerować z krwi lub skóry dowolnej osoby za pomocą technologii zwanej przeprogramowaniem, mamy nadzieję, że ta praca pomoże utorować drogę do opracowania nowych podejść terapeutycznych, w ramach których iPSC można uzyskać od dowolnego pacjenta z chorobą choroby płuc, różnicowane w laboratorium w komórki macierzyste płuc i wykorzystywane do przeszczepów w celu odtworzenia zdrowych tkanek nabłonkowych dróg oddechowych i pęcherzyków płucnych w sposób trwały i funkcjonalny” – powiedział Martin Ma, pierwszy autor pierwszej pracy i lekarz medycyny z BU/ Doktorant w laboratorium Kotton.
W przypadku osób cierpiących na genetyczne choroby płuc, takie jak mukowiscydoza i pierwotna dyskineza rzęsek, możliwa jest edycja genetyczna iPSC w laboratorium przed przeszczepieniem, co oznacza, że nowo wszczepione komórki będą miały skorygowaną mutację genową i powinny być wolne od choroby . „Ponieważ te komórki będą własnymi komórkami pacjenta, różniącymi się jedynie poprawionym genem, teoretycznie nie powinny być odrzucane po przeszczepieniu z powrotem temu pacjentowi, unikając w ten sposób jakiejkolwiek konieczności immunosupresji, jak wykazaliśmy w naszych dwóch dowodach– koncepcyjne badania nad przeszczepianiem syngenicznym w immunokompetentnych modelach eksperymentalnych” – dodał dr Michael Herriges, pierwszy autor drugiej pracy i staż podoktorski w laboratorium Kotton.
Według Kottona artykuły te stanowią kulminację 20 lat badań. „Chociaż leczenie chorób płuc, takich jak rozedma płuc, zwłóknienie płuc i COVID-19, będzie wymagało znacznie większej liczby badań, mamy nadzieję, że osoby z mutacjami genowymi powodującymi uszkodzenie dróg oddechowych lub pęcherzyków płucnych, na przykład dzieci i dorośli z rodzinnymi postaciami choroby płuc , może być w przyszłości możliwe do wyleczenia za pomocą tego typu podejścia”.