Легкие из стволовых клеток при муковисцидозе
В настоящее время для обнаружения соединений, которые могут оказаться перспективными в борьбе с болезнями, исследователям приходится полагаться на модели животных – например, речь идет о специально выращиваемых лабораторных мышах. Тем не менее, многие препараты-кандидаты, которые проходят такие тесты, впоследствии отбрасываются, но некоторые из тех, что были исключены, могут быть эффективными у людей. Это приводит к задержкам в исследованиях, увеличению расходов и упущенным возможностям для разработки срочно необходимых новых методов лечения.
Стволовые клетки — это клетки, которые могут стать любой клеткой в организме. Ученые разработали различные способы управления этой трансформацией, а также поиска стволовых клеток. Прогресс в этой области является перспективным для создания реалистичных моделей тканей, полученных из клеток человека — так называемых «органоидов» или «мини-органов».
Команда из Кембриджского университета в Великобритании успешно создала «мини-легкие», чтобы продвигаться к исследованиям и тестированию новых лекарственных средств для борьбы с муковисцидозом легких.
Используя стволовые клетки, полученные из кожи пациентов с муковисцидозом, ученые создали органоидные модели дистальной части легочной ткани, которая формирует дыхательные пути, где происходит газообмен с окружающей средой. Авторы поясняют: не смотря на то, что разработка представляет только дистальную часть легочной ткани, она выращена из клеток человека и поэтому может быть более надежной, чем использование традиционных моделей животных, таких как мыши. Такие модели можно использовать для получения новой информации о ключевых аспектах таких серьезных заболеваний, как, например, кистозный фиброз.
Муковисцидоз — это состояние, при котором легкие производят слишком много густой слизи, что вызывает проблемы с дыханием и увеличивает риск респираторной инфекции. Заболевание является моногенным — то есть оно вызвано одним дефектом гена, хотя мутация может быть различной у разных пациентов. Недавние достижения в лечении помогают продлить жизнь людям с муковисцидозом, которые имеют тенденцию к сокращению средней продолжительности жизни.
Созданные органоиды воспроизводят легочную ткань наиболее распространенной формы кистозного фиброза. Для работы авторы исследования создали стволовые клетки из клеток кожи пациентов с наиболее распространенной формой кистозного фиброза, которая возникает из-за ошибки в гене CFTR (он кодирует аминокислотную последовательность молекулы трансмембранного регуляторного белка муковисцидоза), известной как дельта-F508 мутация. Мутация является причиной кистозного фиброза у около трех четвертей пациентов в Великобритании.
Команде удалось перепрограммировать клетки кожи, вернув их в состояние, известное как «индуцированные плюрипотентные стволовые клетки» — такие клетки готовы развиться в клетки любого типа в организме. Используя их, команда затем воссоздала условия, аналогичные тем, что существуют, когда человеческий эмбрион развивает различные типы легочной ткани — процесс, называемый «гаструляция».
Во время гаструляции эмбрион вырабатывает энтодерму, а затем часть, из которой легкие появляются и образуют разные типы тканей, в том числе наиболее удаленные от места происхождения, — «дистальную» легочную ткань дыхательных путей, где происходит газообмен между телом и окружающей средой. Дистальная ткань часто является частью легких, что вызывает проблемы при болезнях, таких как кистозный фиброз, некоторые формы рака легких и эмфизема.
У людей с дельта-F508 мутацией белок CFTR в тканях дыхательных путей не складывается правильно, поэтому он не выражен должным образом на клеточных поверхностях, в результате чего нарушается работа хлоридного канала. Хлоридные каналы представляют собой порообразующие поверхностные белки, которые позволяют хлорид-ионам перемещаться в клетки тканей дыхательных путей и из них. Если они неисправны, клетки не могут переместить воду, в результате чего слизь становится слишком липкой и густой. Это приводит к затруднениям дыхания и более высокому риску бактериальной инфекции, которая при длительном присутствии приводит к образованию рубцов или фиброзу.
Чтобы проверить, насколько хорошо созданные мини-легкие воспроизводят условия кистозного фиброза у пациентов с мутацией, команда использовала флуоресцентный краситель, который чувствителен к хлориду. С помощью красителя ученые смогли продемонстрировать: по сравнению со здоровыми клетками, в мини-легких хлоридное движение ограничено. Затем команда использовала систему красителя и мини-легкие, чтобы показать, что добавление небольшой молекулы помогло больным клеткам легче перемещать хлорид также, как это происходит в здоровых клетках.
Авторы уверены, что этот процесс можно расширить, что даст возможность отображать десятки тысяч соединений и разрабатывать мини-легкие с другими заболеваниями, такими как рак легкого и идиопатический легочный фиброз. Помимо того, что такая методика гораздо практичнее и предоставляет более надежные данные, использование подобных моделей более этично, чем использование большого количества мышей для подобных исследований.
Источник: Stem Cells and Development