Исследование, во главе с Эдвардом Э. Морриси, доктором философии, преподавателем Cell и Биологии Развития, было издано на этой неделе по своей природе. Морриси – также директор Центра Пенна Легочной Биологии и научный директор Института Регенеративной Медицины.
Развитие легкого или легочная система, является эволюционной адаптацией к жизни на земле. Легкие важны у самых больших животных для земного существования.
Их сложная структура, которую диктует частично их интеграция с сердечно-сосудистой системой, делает их интересным все же трудным органом, чтобы учиться с точки зрения медицины регенерации. Кроме того, заболевание легких – одна из главных причин смерти в мире, превзойденном только сердечно-сосудистым заболеванием и раком.
«Одно из самых важных мест, чтобы лучше понять регенерацию легкого находится в альвеолах, крошечных нишах в легком, где кислород поднят кровью, и углекислый газ выдохнут», сказал Морриси. «Чтобы лучше понять эти тонкие структуры, мы наносили на карту различные типы клеток в альвеолах. Понимание взаимодействий клетки клетки должно помочь нам обнаружить, что новые плееры и молекулярные пути предназначаются для будущих методов лечения».Изучение природы исследовало эпителиальные клетки, которые выравнивают поверхности альвеол газового обмена легкого для поведения стволовой клетки, которое могло восстановить нормальную дыхательную функцию после тяжелой травмы, вызванной гриппом или при таких болезнях как хроническая обструктивная болезнь легких (COPD).
В то время как некоторые органы, такие как кишечник, переворачивают всю эпителиальную подкладку каждые пять дней посредством деятельности резидентского происхождения стволовой клетки, органы, такие как выставка легкого очень медленный товарооборот и содержат стволовые клетки, которые активированы только на травму, чтобы восстановить поврежденную ткань.Команда определила происхождение альвеолярного эпителиального прародителя (AEP), которое включено в более многочисленное население клеток, названных альвеолярными клетками типа 2 или AT2s. Эти клетки производят легочный сурфактант (смачивание агента), который мешает легким разрушаться после каждого взятого дыхания. «AEPs – стабильное происхождение в легком и переворачивают очень медленно, но расширяются быстро после травмы, чтобы восстановить подкладку альвеол и восстановить газовый обмен», сказал co-first автор Уилл Захариас, Мэриленд, доктор философии, постдокторант в лаборатории Морриси. Дэвид Б. Франк, Мэриленд, доктор философии, детский кардиолог в Детской Больнице Филадельфии, является другим co-first автором.
AEPs показывают свой собственный отличный номер люкс генов и содержат уникальную эпигенетическую подпись. Лаборатория Морриси использовала геномную информацию, полученную от мыши AEPs, чтобы определить сохраненный белок поверхности клеток под названием TM4SF1, который может привыкнуть к изолированному AEPs от человеческого легкого. Используя эту способность изолировать мышь и человеческий AEPs, команда тогда произвела Дэвида Б. Франка трехмерное легкое organoids. «От нашей organoid системы культуры мы смогли показать, что AEPs – эволюционно сохраненный альвеолярный прародитель, который представляет новую цель человеческих стратегий регенерации легкого», сказал Морриси.
У команды есть доступ больше чем к 300 легким через программу пересадки легкого, возглавляемую Эдвардом Кэнту, Мэриленд, адъюнкт-профессора Хирургии. Для их следующего исследования команда стремится исследовать поврежденную гриппом ткань легкого, а также другие модели заболевания легких, чтобы определить, где и когда AEPs увеличатся в ответ на острое повреждение легкого или больше состояний хронической болезни.Учитывая серьезность текущего сезона гриппа, эти исследования обеспечивают новое понимание, как человеческое легкое восстанавливает и определяет новые генетические и эпигенетические пути, важные для регенерации легкого.
Команда теперь исследует, какой из этих молекулярных путей может способствовать функции AEP у мыши и человеческого легкого, включая понимание, могут ли наркотики, разработанные, чтобы активировать передачу сигналов Fgf, один из ключевых путей, сохраненных у мыши и человеческого AEPs, способствовать регенерации легкого.«Мы очень взволнованы при этом новом открытии», сказал Джеймс П. Кили, доктор философии, директор по Разделению Заболеваний легких в Национальном Сердце, Легком и Институте Крови, который поддержал исследование. «Основные исследования – фундаментальные стартовые площадки, чтобы продвинуть наше понимание регенерации легкого. Кроме того, поддержка NHLBI следователей от основного до переводной науки помогает способствовать сотрудничеству, которое приближает область к регенеративным стратегиям и острых и хронических заболеваний легких».
Джейрод А. Зепп, Майкл П. Морли, Фарра Олкхэлил, Цзюнь Кун и Су Чжоу, все от Пенна – соавторы.Эта работа была поддержана грантами от Национальных Институтов Здоровья (T32-HL007586 к W.J.Z; T32-HL007915, K12-HD043245, T32-HL007843, HL110942, HL087825, HL132999, HL129478, HL134745)