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新发现的干细胞有助于在急性损伤后再生肺组织

发表于 2018-03-01

 


 

根据宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的一项新研究,研究人员已经确定了修复器官气体交换室的肺干细胞。y从小鼠和人肺中分离和鉴定这些祖细胞,并证明它们对于修复受严重流感和其他呼吸道疾病损伤的肺组织是必不可少的。


该研究由Edward E. Morrisey博士领导,该博士是细胞与发育生物学教授,本周在Nature上发表。Morrisey还是宾夕法尼亚州肺部生物学中心主任和再生医学研究所科学主任。


肺或肺系统的发育是对陆地生命的进化适应。对于陆地生存而言,肺是大多数大型动物必不可少的。他们的复杂结构,部分由与心血管系统的整合决定,使他们成为一个有趣而又难以从再生医学角度进行研究的器官。此外,肺部疾病是世界上主要的死亡原因之一,仅次于心血管疾病和癌症。


“更好地了解肺部再生的最重要的地方之一是肺泡,肺部的微小壁龛,血液吸收氧气并呼出二氧化碳,”Morrisey说。“为了更好地理解这些微妙的结构,我们一直在绘制肺泡内不同类型的细胞,了解细胞与细胞的相互作用应该有助于我们发现新的参与者和分子途径,为未来的治疗提供靶点。”


自然”研究检测了肺气体交换肺泡表面的上皮细胞的干细胞行为,这种干细胞行为能够在流感感染引起的严重损伤或诸如慢性阻塞性肺病(COPD)等疾病后恢复正常的呼吸功能。虽然诸如肠的一些器官通过居住的干细胞谱系的活性每五天翻转整个上皮衬里,但诸如肺的器官表现出非常缓慢的周转并且包含仅在受伤时才被激活的再生的干细胞受损的组织。


该团队确定了一种肺泡上皮祖细胞(AEP)谱系,该谱系嵌入在称为肺泡Ⅱ型细胞或AT2s的更大细胞群中。这些细胞产生肺表面活性物质(润湿剂),在每次呼吸时保持肺部塌陷。“AEPs是一种稳定的肺部系统,翻转非常缓慢,但在损伤后迅速扩张,使肺泡内层再生并恢复气体交换,”共同第一作者Morrisey's博士后Will Zacharias博士说道。实验室。David B. Frank博士是费城儿童医院儿科心脏病专家,另一位共同第一作者。


AEPs展示他们自己独特的基因套件并包含独特的表观遗传标记。Morrisey实验室使用从小鼠AEP获得的基因组信息来鉴定称为TM4SF1的保守细胞表面蛋白,其可用于从人肺分离AEP。利用这种能力来分离小鼠和人类AEPs,该团队随后生成了David B. Frank三维肺类器官。Morrisey说:“从我们的器官组织培养系统中,我们能够证明AEPs是一种进化上保守的肺泡祖细胞,代表了人类肺再生策略的新靶标。”Morrisey说。


通过由外科副教授Edward Cantu领导的肺移植计划,该团队可以使用300多个肺。对于他们的下一项研究,该团队旨在调查流感受损的肺组织以及其他肺部疾病模型,以确定AEPs在急性肺损伤或更多慢性疾病状态下的增加的时间和地点。


鉴于目前流感季节的严重程度,这些研究为人肺再生提供了新的见解,并为肺再生提供了重要的新基因和表观遗传途径。该小组正在探索哪些这些分子途径可能促进小鼠和人肺中的AEP功能,包括了解设计用于激活Fgf信号传导的药物是否是促进肺再生的关键途径之一,小鼠和人AEP中保守的关键通路之一。


“我们对这一新发现感到非常兴奋,”国立心肺血液研究所肺部疾病司司长James P. Kiley博士表示支持这项研究。“基础研究是促进我们对肺再生的理解的基础性踏板石,此外,NHLBI对从基础到转化科学的研究人员的支持有助于促进合作,使该领域更接近急性和慢性肺疾病的再生策略。”

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