Из стволовых клеток впервые получены клетки лёгких

Исследователям из Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center), США, удалось получить полноценные функциональные клетки лёгкого из стволовых клеток. Это может стать толчком для создания биоинженерных лёгких из собственных клеток пациента. Клетки могут также быть использованы для тестирования лекарственных препаратов. Исследование было опубликовано в декабрьском номере журнала Nature Biotechnology.

В то время как учёным удалось успешно трансформировать стволовые клетки человека в различные типы клеток, таких как клетки крови, сетчатки, печени и другие, создание клеток легкого и дыхательных путей вызывало некоторые сложности.

«При развитии эмбриона формируется три слоя клеток или зародышевых листка – эктодерма, из которой формируются кожные покровы и нервная система, мезодерма, дающая начало клеткам опорно-двигательной, кровеносной системы и почек и энтодерма, формирующая железы, кишечник, лёгкие и пр.», — говорит руководитель исследования Ганс-Виллем Сноек (Hans-Willem Snoeck). «Энтобласт формируется в последнюю очередь. Это может быть причиной сложностей в подборе стволовых клеток для него».

Исследования с использованием эмбрионов мыши в качестве модели не смогли показать участки энтобласта, из которого формируются лёгкие. Возможность создания клеток лёгких появилась только в 2011 году, когда Сноек открыл способ превращения стволовых клеток в клетки-предшественники легкого.

Последнее открытие исследователей даёт возможность трансформировать стволовые клетки человека в функциональные эпителиальные клетки лёгких, что позволило получить как минимум семь типов клеток, формирующих дыхательный аппарат – начиная от клеток альвеол и заканчивая клетками, способствующих заживлению повреждений.

Кроме того, сосуды, соединительная ткань, мышцы лёгких формируются из мезодермы и требуют особого подхода к их созданию. По словам Сноека, его открытие позволит создать лёгкие из собственных клеток пациента, с низким шансом отторжения. Однако, процесс их создания невероятно сложный.

«Нам необходимо перепрограммировать взрослые клетки для того, чтобы создать плюрипотентные стволовые клетки, аналогичные эмбриональным, а уже после трансформировать их в клетки лёгких», говорит Сноек. «Следующей задачей будет высев полученных клеток в лёгкие донора, возможно свиньи. При этом из лёгких необходимо убрать все клетки и оставить только каркас для наращивания».

Посев клеток на лёгочный каркас очень кропотливый и дорогостоящий процесс. Необходимо строго контролировать правильное размещение клеток различного типа в создаваемом лёгком.
«У некоторых клеток имеются реснички, которые удаляют загрязнения из лёгких. Очень важно, чтобы созданные биоинженерным путём реснички имели правильную форму и направление, иначе они просто не будут функционировать», — продолжает Сноек. «Наша работа очень важна. Если мы хотим добиться успехов в создании биоинженерных лёгких, нам предстоит проделать ещё очень много работы».

Открытие группы Сноека позволит не только в будущем создавать искусственные легкие, но и дает возможность изучения различных лёгочных заболеваний, а также подбирать их оптимальное лечение.

«Одним из примеров является идиопатический легочный фиброз – заболевание, при котором, как принято считать, клетки альвеолярного эпителия легких (пневмоциты типа II) играют важную роль, но сам патогенез или механизм заболевания так и не изучен до конца», — говорит Сноек. «Эта болезнь только в США убивает 20 000 человек ежегодно, и пока не существует лечения, за исключением трансплантации легкого, что нередко заканчивается летальным исходом в связи с отторжением чужеродного трансплантата».

Также работа Сноека позволит исследовать малоизученные процессы развития лёгких и помочь в борьбе с врожденными пороками лёгких и дыхательных путей, такими как трахеопищеводный свищ и атрезия пищевода.

Предположительно, требуется от 5 до 10 лет для развития биоинженерии до уровня, когда возможна будет трансплантация искусственно выращенного биоинженерного лёгкого. Кроме того, требуется достаточно серьёзное финансирование.