研究人员从病人的细胞中培育出人类气道干细胞

第一次，研究人员成功地从诱导的多能干细胞中，通过重组患者的血细胞，在体外成功地建立了气道基础干细胞。鉴于气道基底细胞是气道的干细胞，因为它们能够在损伤时再生气道上皮，本研究将有助于加快对新冠肺炎、流感、哮喘和囊性纤维化等气道疾病的研究。该研究由波士顿医学中心和波士顿大学再生医学中心(CReM)的研究人员领导，并与德克萨斯大学休斯敦健康科学中心(UTHealth)合作，这些发现是实现气道再生的关键第一步，这将推进与气道和肺部疾病相关的再生医学领域。

相关内容发表于近期的《细胞干细胞》杂志上，新研究概述了如何有效地产生和纯化大量的气道基础干细胞。这样就可以在实验室中开发出个体的、疾病特有的干细胞，这些细胞可用于开发疾病模型，最终可能导致药物开发，并成为一个可以测试靶向药物方法的平台。根据CReM的“开源生物学”理念，这项研究的发现和细胞将被自由分享，或者分享有助于全球科学进步的信息和发现。

“简单地说，我们已经在实验室开发了一种方法来复制特定于病人的气道基底细胞，最终的目标是能够为气道疾病的患者再生气道，”波士顿医学中心的肺心病专家、内科科学家、crem和肺中心的首席研究员、这项研究的第一作者芬恩霍金斯说。

“这些结果可以使人们更好地理解和治疗各种气道疾病，”UTHealth的第一作者兼博士后研究员铃木欣戈(Shingo Suzuki)说。例如,囊性纤维化是由所有气道细胞中存在的一种基因突变引起的。“如果我们能多能干细胞用一个来自囊性纤维化患者的样本，纠正突变，用基因上相同的经修正的气道基底细胞替换有缺陷的气道细胞，我们可能最终能够用同样的技术治疗这种疾病和将来的其他疾病。“霍金斯补充说。

诱导的多能干细胞是主要干细胞，可以产生任何细胞或组织人体。它们是通过将人体样本(如一滴血)重新编程成类似于胚胎干细胞的细胞，包括在器官内形成不同类型细胞的能力而产生的。在这项研究中，研究人员在实验室建立了产生气道干细胞群的方法，即基底细胞。这是人类气道中一种重要的细胞类型，维持气道中细胞的内衬，包括制造粘液的细胞和推动粘液向上和流出肺部的细胞。

研究人员首先用编码荧光蛋白的基因序列设计了诱导多能干细胞，如果有荧光蛋白，它们就可以可视化、追踪和纯化基底细胞。然后，研究人员转向胚胎的研究和这一领域的前期工作，以确定基础形态如何随着肺部的发展。通过一系列旨在模拟肺发育过程的步骤来操纵诱导的多能干细胞，研究人员成功地产生了与人类气道基底细胞非常相似的细胞，这些细胞的外观、表达的基因以及最重要的是它们的增殖能力和形成其他类型气道的能力。这些细胞被称为i基底层细胞，能够利用啮齿动物气管模型在体内再生气道。

由此产生的i基底层细胞，由各种不同类型的病人组成。肺部疾病也可以模拟影响患者的气道疾病，包括以哮喘气道为特征的粘液化生、引起囊性纤维化的氯离子通道功能障碍以及导致原发性睫状体运动障碍的纤毛跳动缺陷。这种方法将使将来有机会研究这些基因的变化，以及如何扭转它们，以便治愈人类的疾病。从实际的角度来看，i基底层细胞在特定的培养条件下在实验室中生长良好，可以大量地被制造出来，并且是病人特有的。基底细胞可以成长，为未来的工作冻结，并与更广泛的研究团体分享。

“我们展示了这些基底细胞在模拟人类发育和疾病方面的潜力，提供了它们再生气道上皮能力的证据，”霍金斯说，他也是波士顿大学医学院的医学助理教授。“我们预计这将是一个重大突破，并将有助于对气道疾病的新见解和治疗方案，因为我们的结果已经克服了目前限制该领域进展的几个重要障碍。”

更多信息：DOI：10.1016/j.stem.2020.09.017