Ученые создали «мини-легкое» для тестирования лечения муковисцидоза

В настоящее время для борьбы с болезнью исследователи должны экспериментировать на животных. Тем не менее, многие препараты, которые проходят такие испытания, позже бывают отвергнуты, а некоторые не эффективны для человека. Это приводит к задержкам и упущенным возможностям для развития необходимых новых методов лечения.

Ученые воссоздали условия, аналогичные тем, которые происходят, когда у человеческого эмбриона развиваются различные виды ткани легкого.

Стволовые клетки представляют собой клетки, которые могут стать любой клеткой в организме. Ученые разработали различные способы в поиске стволовых клеток. Прогресс в этой области показывает путь для создания реалистичных моделей человеческой ткани, полученных из клеток человека — так называемых «органоидов» или «мини-органов».

Ученые из Университета Кембриджа в Великобритании успешно создали «мини-легкое» как один из способов исследования и тестирования новых лекарственных препаратов для борьбы с кистозным фиброзом легких.

Используя стволовые клетки, полученные у больных муковисцидозом, ученые генерировали органоид модели дистальной части легочной ткани, той части, которая образует дыхательные пути, где газы обмениваются с окружающей средой. 

Руководитель исследования доктор Ник Ханнан (Nick Hannan) объясняет: «В каком-то смысле мы создали «мини-легкие». В то время как они представляют дистальные части легочной ткани, которые выросли из клеток человека, и поэтому более надежны для эксперимента, чем эксперименты на традиционных животных, таких как мыши. Мы можем использовать их, чтобы узнать больше о ключевых аспектах серьезных заболеваний. В нашем случае — это кистозный фиброз».

Муковисцидоз (кистозный фиброз) – это заболевание, при котором легкие производят слишком много густой слизи, которая вызывает проблемы с дыханием и увеличивает риск респираторной инфекции. Последние достижения в области лечения помогают продлить жизнь людей с кистозным фиброзом, которые, как правило, имеют более короткую среднюю продолжительность жизни.

Органоиды повторяют легочные ткани с наиболее распространенной формой муковисцидоза. Для исследования Ханнан генерирует стволовые клетки из клеток кожи пациентов с распространенной формой муковисцидоза, которая возникает из-за мутации гена CFTR, известной как мутация дельта-F508. Мутация является причиной муковисцидоза примерно у трех четверти пациентов в Великобритании.

Ученые перепрограммировали клетки кожи, чтобы вернуться к состоянию, известному как «индуцированные плюрипотентные клетки», при этом стволовые клетки готовы развиваться в любой тип клеток в организме. При использовании индуцированных плюрипотентных клеток были воссозданы условия, аналогичные тем, что происходят, когда у человеческого эмбриона развиваются различные виды ткани легкого — процесс, называемый «гаструляция».

Во время гаструляции у эмбриона растет энтодерма, а затем дистальные легочные ткани дыхательных путей.

В дистальных тканях легких часто возникают проблемы, связанные с такими заболеваниями, как муковисцидоз, некоторые формы рака легких и эмфиземы.

У людей с мутацией Дельта-F508 белки CFTR нарушают функции канала хлорида. Каналы хлорида позволяют хлорид-ионам входить и выходить из клеток ткани дыхательных путей. Если они выходят из строя, то в результате слизь становится слишком густой. Это приводит к удушью и к высокому риску бактериальной инфекции, что ведет к образованию рубцов или к фиброзу.

Чтобы проверить «мини-легкие», ученые воспроизвели кистозный фиброз у больных с мутацией Дельта-F508 и использовали флуоресцентную краску, которая чувствительна к хлориду. С помощью красителя они продемонстрировали, что в «мини-легких» происходит ограничение движение хлорида.

Затем ученые, используя систему красителя и «мини-легкие», показали, что добавление небольшой молекулы помогло больным клеткам, чтобы хлорид легче перемещался. 

Ханан заключает: «Мы уверены, этот процесс может быть расширен и «мини-легкие» можно использовать при других заболеваниях, таких как рак легких и идиопатический легочный фиброз».

Подробнее в научной статье:

Hannan N. R. F. et al. Generation of distal airway epithelium from multipotent human foregut stem cells //Stem cells and development. – 2015. – Т. 24. – №. 14. – С. 1680-1690.