Создан клеточный «чертеж» легкого для регенерации органов
Исследователи из Йельского университета, используя сложный скрининг данных по нескольким видам животных, создали клеточную карту человеческого легкого. Это позволит лучше понять принципы его работы и развития болезней, а также приблизит создание биоинженерных легких.
Исследование, опубликованное 4 декабря в Science Advances, — результат совместной работы двух лабораторий Йеля: под руководством Нафтали Камински, доктора медицины, и Лауры Никласон, доктора медицины и философии, эксперта по выращиванию новой легочной ткани из собственных клеток организма для трансплантации.
Анализируя данные, полученные с помощью одноклеточных технологий (позволяющих одновременно изучать до миллионов отдельных клеток), ученые обнаружили ключевые межклеточные взаимодействия, общие для четырех видов: мыши, крысы, свиньи и человека. В частности, были выявлены универсальные сети клеточной коммуникации, управляющие регуляцией клеток, мониторингом заболеваний и передачей сигналов. Это дает новое понимание механизмов развития легких и их болезней.
«Мы можем взять целый орган или ткань и измерить все типы клеток по одному снимку», — говорит ведущий автор исследования, кандидат в доктора медицины и философии Майка Сэм Брикман Раредон из лаборатории Никласон.
Пять лет назад «у нас не было такого разрешения, чтобы рассматривать отдельные клетки и их поведение», — отмечает Камински. — «Это как если бы мы перешли от наблюдения за ночным небом невооруженным глазом к детскому телескопу, затем к обсерватории и, наконец, к телескопу "Хаббл"».
В легком существует 40 различных типов клеток, объясняет Камински, и сотни тысяч клеток в целом, каждая из которых содержит десятки тысяч генов. Поскольку содержимое клеток может быстро меняться (например, при поступлении лейкоцитов в ответ на повреждение), критически важно иметь «чертеж», показывающий, какие механизмы относятся к нормальному функционированию.
«Нам удалось, применяя сетевой подход, выяснить, как эти клетки взаимодействуют друг с другом», — говорит Камински.
Для создания регенеративной легочной ткани — основного проекта лаборатории Никласон — исследователям необходима детальная информация о межклеточных взаимодействиях.
Выращивание легких из собственной ткани организма — это «Святой Грааль», говорит Раредон. «Заболевания легких на терминальной стадии имеют высокую заболеваемость и смертность, и единственным радикальным лечением является трансплантация легкого». При этом, отмечает он, трансплантаты часто отторгаются организмом и требуют приема сильных иммунодепрессантов, которые могут вызывать другие негативные последствия для здоровья.
В лаборатории Никласон биоинженерные легкие на разных стадиях регенерации развиваются внутри специально разработанных стеклянных сосудов.
«В нашей лаборатории ведутся активные биоинженерные работы по выращиванию легочной ткани в стеклянных сосудах с механическими и химическими стимулами, призванными "убедить" их стать органами, — говорит Раредон. — Мы можем сравнивать наши инженерные конструкции с этим "чертежом", который показывает определенные сигналы, присутствующие у всех видов и которые мы хотим воссоздать».
Этот «чертеж» также поможет в поиске новых молекулярных мишеней для терапии таких заболеваний, как идиопатический легочный фиброз, отмечает Камински. А открытие принципов клеточной коммуникации в легких, общих для разных видов, поможет в изучении и инженерии других органов.
«Мы изучаем основные принципы развития органа, — говорит Камински. — Применение этого подхода может позволить нам создавать новые органы».
Статья «Single-cell connectomic analysis of adult mammalian lung» была опубликована 4 декабря в журнале Science Advances.