В лёгких найдено депо стволовых клеток крови

Американские учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California — San Francisco) с помощью видеомикроскопии живого лёгкого мыши неожиданно обнаружили неизвестный ранее пул стволовых клеток, способный восстанавливать производство клеток крови при истощении костного мозга, который до настоящего времени считался основным депо гемопоэтических клеток. Кроме того, исследователи показали, что легкие продуцируют более половины циркулирующих в кровотоке тромбоцитов — компонентов крови, необходимых для её свертывания. Результаты открытия опубликованы 22 марта 2017 года в Nature.

Полученные результаты могут иметь важное значение для понимания заболеваний пациентов, страдающих от низкого уровня тромбоцитов — тромбоцитопении, которая поражает миллионы людей и повышает риск опасного неконтролируемого кровотечения. Исследование также поднимает вопрос о влиянии стволовых клеток крови, находящихся в лёгких, на реципиентов при трансплантации данного органа.

Новое исследование стало возможным благодаря усовершенствованию методики, известной как двухфотонная прижизненная визуализация, недавно разработанной пульмонологом и старшим автором статьи Марком Луни (Mark R. Looney) и его соавтором профессором Мэтью Круммелем (Matthew F. Krummel). Данная технология позволила визуализировать поведение отдельных клеток в крошечных кровеносных сосудах живого лёгкого мыши.

Луни и его команда использовали этот новый метод для изучения взаимодействия между иммунной системой и циркулирующими тромбоцитами в лёгких с использованием специально выведенной генно-модифицированной линии мышей с ярко-зелёной флуоресценцией тромбоцитов. В процессе исследования учёные обнаружили в сосудистой системе лёгких неожиданно многочисленную популяцию мегакариоцитов – клеток, производящих тромбоциты. И хотя мегакариоциты и ранее наблюдались в лёгких, было принято считать, что их основная масса находится в костном мозге, где обычно они и производят тромбоциты.

«Когда мы обнаружили массовую популяцию мегакариоцитов, которая располагалась в лёгких, мы поняли, что должны изучить это явление», — говорит доктор Эмма Лефрансе (Emma Lefrançais), одна из соавторов исследования.

Более тщательная визуализация вскоре показала, что мегакариоциты в сосудистой системе лёгких производят более 10 миллионов тромбоцитов в час. Это указывает на то, что больше половины общего производства тромбоцитов мышей происходит в лёгких, а не в костном мозге, как предполагалось ранее.

С помощью видеомикроскопии также было обнаружено огромное количество клеток-предшественников мегакариоцитов, а также стволовых клеток крови, расположенных вне сосудистой системы. По оценкам исследователей, количество данных клеток в мышином лёгком достигает примерно 1 миллиона.

После открытия мегакариоцитов и гемопоэтических стволовых клеток возникает вопрос о их миграции между лёгкими и костным мозгом. Для поиска ответа учёные провели ряд исследований с трансплантацией лёгких.

На первом этапе команда трансплантировала лёгкие от нормальных мышей-доноров мышам-реципиентам с флуоресцирующими мегакариоцитами и обнаружила, что меченные мегакариоциты мышей-реципиентов вскоре начали появляться в сосудистой системе лёгких. Это говорит о том, что мегакариоциты, продуцирующие тромбоциты в лёгких, происходят из костного мозга.

«Удивительно, что мегакариоциты путешествуют от костного мозга до лёгких для производства тромбоцитов», — говорит докторант Гуаделупе Ортис-Муньос (Guadalupe Ortiz-Muñoz), одна из соавторов статьи. «Вполне возможно, что лёгкие являются идеальным биореактором для создания тромбоцитов из-за механической силы крови или, возможно, из-за какой-то молекулярной сигнализации, пока нам неизвестной».

На втором этапе эксперимента исследователи пересаживали лёгкие с флуоресцентно-меченными клетками-предшественницами мегакариоцитов мутантным мышам с низким уровнем тромбоцитов.

Трансплантаты вызвали всплеск производства флуоресцирующих тромбоцитов, которые в кратчайшие сроки восстановили нормальные уровни. Данный эффект сохранялся в течение нескольких месяцев наблюдения – намного дольше, чем продолжительность жизни отдельных мегакариоцитов или тромбоцитов. Это указывает на то, что резидентные клетки-предшественницы мегакариоцитов в трансплантированных лёгких активизировались за счёт низкого уровня тромбоцитов мыши-реципиента и создали новые мегакариоциты для восстановления надлежащих уровней тромбоцитов.

На последнем этапе исследования команда пересадила здоровые лёгкие, в которых все клетки были флуоресцентно мечеными, мутантным мышам, в костном мозге которых отсутствовали нормальные стволовые клетки крови. Анализ костного мозга животных-реципиентов показал, что флуоресцирующие клетки из пересаженных лёгких вскоре мигрировали в повреждённый костный мозг и способствовали производству не только тромбоцитов, но и самых разнообразных клеток крови, включая такие иммунные клетки как нейтрофилы, В-клетки и Т-клетки.

Данные эксперименты позволяют предположить, что в лёгких содержится большое количество клеток-предшественниц крови и стволовых клеток, способных восполнять резерв повреждённого костного мозга и восстанавливать производство многих компонентов крови.

«То, что стволовые и прогениторные клетки, похоже, свободно перемещаются туда и обратно между лёгкими и костным мозгом, подтверждает всё более популярное среди исследователей мнение о том, что стволовые клетки могут быть намного активнее, чем считалось ранее», — сказал Луни. «Мы всё больше убеждаемся, что гемопоэтические стволовые клетки не просто живут в одном месте, а путешествуют с кровообращением. Возможно, «обучение за границей», в различных органах, является нормальной составляющей развития стволовых клеток».