Клетки лёгких получены из фибробластов мыши всего за 7–10 дней без технологии стволовых клеток

Японские исследователи успешно получили из фибробластов эмбрионов мыши клетки, подобные альвеолярным эпителиальным клеткам 2 типа (AT2), без использования технологии стволовых клеток. AT2-подобные клетки были получены всего за 7–10 дней — это значительное сокращение по сравнению с примерно одним месяцем, обычно требуемым традиционными методами дифференцировки на основе стволовых клеток.

Этот подход может открыть путь для лечения серьёзных респираторных заболеваний, таких как интерстициальная пневмония и хроническая обструктивная болезнь лёгких, для которых в настоящее время нет эффективных методов лечения. Исследование опубликовано в npj Regenerative Medicine.

Клетки AT2 необходимы для поддержания гомеостаза лёгких. Они производят сурфактанты и служат клетками-предшественниками для восстановления альвеол. У пациентов с тяжёлыми заболеваниями лёгких, такими как интерстициальная пневмония, количество этих клеток часто снижено или их функция нарушена, что подчёркивает терапевтический потенциал регенерации клеток AT2.

«Появление технологии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) в 2006 году позволило получать клетки AT2 примерно за один месяц, но этот метод дорог и сопряжён с рисками образования опухолей и иммунного отторжения», — сказал профессор Макото Исии из Высшей школы медицины Университета Нагои.

«Чтобы преодолеть эти недостатки, мы сосредоточились на прямом репрограммировании. Этот подход позволяет получить AT2-подобные клетки всего за 7–10 дней, с меньшим риском опухолей и потенциалом для аутологичного использования».

Профессор Исии и его коллеги, включая профессора Коити Фукунагу, доцента Таканори Асакуру и совместного исследователя Ацухо Мориту из Медицинской школы Университета Кэйо, провели исследование по генерации AT2-подобных клеток из фибробластов мышей с помощью прямого репрограммирования, чего ранее никогда не удавалось достичь.

Сначала исследователи отобрали 14 генов-кандидатов, связанных с развитием лёгких. Затем они исследовали уровни экспрессии маркера клеток AT2, белка сурфактанта-C (Sftpc), чтобы определить комбинацию генов с наивысшей эффективностью репрограммирования. Они обнаружили, что комбинация четырёх генов — Nkx2-1, Foxa1, Foxa2 и Gata6 — была наиболее эффективной для репрограммирования клеток AT2.

Эти четыре гена были введены в трёхмерную культуру, созданную из фибробластов эмбрионов мыши, которые экспрессируют зелёный флуоресцентный белок (GFP) в ответ на Sftpc. В результате примерно 4% клеток стали Sftpc/GFP-положительными через 7–10 дней, что показало успех в индукции AT2-подобных клеток, названных индуцированными лёгочными эпителиоподобными клетками (iPULs).

Исследователи проанализировали iPULs после выделения GFP-положительных клеток методом проточной цитометрии. Эти очищенные iPULs демонстрировали ламеллярные тельца — органеллы, характерные для нормальных клеток AT2. Кроме того, транскриптомный анализ показал, что их профили экспрессии генов были очень похожи на профили нативных клеток AT2.

Затем они трансплантировали очищенные iPULs в лёгкие мышей с интерстициальной пневмонией. Через 42 дня трансплантированные клетки успешно прижились в альвеолярной области. Примечательно, что некоторые из клеток дифференцировались в клетки, подобные альвеолярным эпителиальным клеткам 1 типа (AT1), которые необходимы для регенерации лёгочной ткани.

Исии заключил: «В этом исследовании нам удалось напрямую репрограммировать фибробласты в AT2-подобные клетки у мышей. Теперь мы стремимся изучить применение этой технологии к человеческим клеткам с конечной целью разработки безопасной регенеративной терапии с использованием собственных фибробластов пациента».