研究發現原代或多能干細胞來源的基底細胞移植重建氣道干細胞

再生醫學中心(CReM)是波士頓大學和波士頓醫學中心的合資企業，該中心的研究人員發現了一種將工程細胞移植到受傷肺組織中的新方法。這些發現可能會為肺氣腫、肺纖維化和COVID-19等肺部疾病的治療帶來新的方法。這兩項研究描述了工程肺干細胞的方法，并將其移植到沒有免疫抑制的實驗性損傷肺中。

20多年來，領導這項工作的科學家們一直在尋找一種將細胞植入受損肺組織的方法，目的是再生肺氣道或肺泡。他們懷疑，為了使移植長期有效，重建肺的干細胞或祖細胞“室”(有時也被稱為干細胞壁龕)將是很重要的。他們首先專注于開發在實驗室中使用多能干細胞設計每個肺干細胞或祖細胞的方法，然后開發將這些細胞移植到肺受損的實驗小鼠模型中的方法。

在他們的研究“通過移植原代或多能干細胞衍生的基底細胞重建氣道干細胞”中，CReM的研究人員將重點放在了肺氣道上。這些氣道由一層上皮排列，上皮上有被稱為“基底細胞”的干細胞，這些干細胞在生命中負責維持這些氣道。

“通過在實驗室培養皿中將實驗模型和人類多能干細胞分化為氣道基底細胞，我們隨后能夠在活體組織中使用這些細胞重建受傷氣道模型的干細胞區室。這導致了工程基底細胞在免疫功能模型中的終身植入。“因為這些細胞作為基底細胞(氣道的正常干細胞)移植，它們能夠自我更新或通過分裂復制自己，并產生其他類型的細胞，這些細胞共同形成功能性氣道上皮，”通訊作者、波士頓大學喬巴尼安和阿維迪安醫學院的大衛·c·塞爾丁醫學教授、CReM主任達雷爾·科頓醫學博士解釋說。

在他們的第二篇論文“psc衍生的肺上皮細胞植入免疫能力強的小鼠的持久肺泡植入”中，CReM的研究人員將目標對準了肺氣囊，即肺泡。Kotton和他的團隊開發了將工程細胞植入肺泡的方法，肺泡是肺中負責氣體交換的區域。移植細胞形成兩種類型的肺泡細胞，稱為1型和2型肺細胞。由于2型肺細胞在整個生命過程中都是肺泡的祖細胞，因此從移植的工程細胞中形成新的2型肺細胞可以確保細胞自我更新和分化，從而長期維持肺泡。

研究人員認為，利用多能干細胞改造的細胞重建氣道和肺泡中的肺干和祖細胞是一項重要的發現，對未來治療涉及損傷、變性或突變的肺部疾病具有許多意義。“由于誘導多能干細胞可以生成(萬能)從血液或皮膚的任何個人通過重組技術,我們希望這項工作將有助于鋪平了道路對發展新的治療方法,則可以由任何肺部疾病患者,分化成肺干細胞在實驗室,并用于移植重建健康的呼吸道和肺泡上皮組織的方式是耐用和功能,“**篇論文的**作者、波士頓大學科頓實驗室的醫學博士兼博士生馬丁·馬說。

對于那些患有遺傳性肺部疾病(如囊性纖維化和原發性纖毛運動障礙)的人來說，在移植前可以在實驗室對iPSCs進行基因編輯，這意味著新移植的細胞將糾正其基因突變，應該沒有疾病。第二篇論文的**作者、Kotton實驗室的博士后Michael Herriges博士補充說:“由于這些細胞將是患者自身的細胞，只在校正基因上有所不同，理論上它們在移植回患者體內后不應該被排斥，從而避免了任何免疫抑制的需要，正如我們在免疫能力實驗模型中進行的兩次概念驗證同基因移植研究中所證明的那樣。”根據Kotton的說法，這些論文代表了20年研究的高潮。“雖然肺氣腫、肺纖維化和COVID-19等肺部疾病的治療將需要更多的研究，但我們希望那些攜帶導致肺氣道或肺泡損傷的基因突變的人，比如患有家族性肺病的兒童或成人，未來可能會通過這種方法得到治療。”

參與這些研究的其他波士頓大學研究人員包括:芬恩霍金斯，MBBCh;Xaralabos (Bob) Varelas博士Andrew Berical，醫學博士;Bibek Thapa博士;杰克·勒·蘇爾;Andrew Lunel博士;瑪麗·盧·比爾曼;王飛亞，MA;Pushpinder Bawa博士;Anat Kohn，醫學博士;Alex Ysasi博士;清川博文，MD, PhD;泰勒·馬特、瑪麗亞·揚波爾斯卡婭;黃潔，博士;以及Pankaj Mehta博士。

這些研究的資金由國家心臟，肺和血液研究所(資助U01HL134745, U01HL134766, U01HL148692, R01HL095993)，波士頓大學Kilachand多細胞設計項目，Paul G. Allen家庭基金會和囊性纖維化基金會提供。

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