Zespół badaczy z Japonii zdołał wygenerować komórki płucne przypominające komórki nabłonka pęcherzykowego typu 2 (AT2) z embrionalnych fibroblastów myszy, bez użycia technologii komórek macierzystych. Co istotne, proces ten trwał jedynie od 7 do 10 dni – znacznie krócej niż około miesiąca potrzebnego w standardowych metodach różnicowania z użyciem indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC).
Podejście to może w przyszłości umożliwić leczenie ciężkich chorób układu oddechowego, takich jak śródmiąższowe zapalenie płuc i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), które obecnie nie mają skutecznych terapii. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie npj Regenerative Medicine.
Komórki AT2 odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy płuc. Produkują surfaktant i działają jako komórki progenitorowe odpowiedzialne za naprawę nabłonka pęcherzykowego. U pacjentów z ciężkimi schorzeniami płuc, takimi jak śródmiąższowe zapalenie płuc, komórki AT2 są zwykle znacznie zredukowane liczebnie lub upośledzone funkcjonalnie, co podkreśla terapeutyczny potencjał ich regeneracji.
– Wprowadzenie technologii iPSC w 2006 roku umożliwiło generowanie komórek AT2 w ciągu około miesiąca, ale metoda ta jest kosztowna i obarczona ryzykiem powstawania nowotworów oraz odrzutu immunologicznego – tłumaczy profesor Makoto Ishii z Wydziału Medycznego Uniwersytetu w Nagoi. – Aby przezwyciężyć te ograniczenia, skupiliśmy się na bezpośrednim przeprogramowaniu. Dzięki temu możemy uzyskać komórki podobne do AT2 w zaledwie 7–10 dni, z niższym ryzykiem nowotworzenia i możliwością wykorzystania autologicznego materiału pacjenta.
Profesor Ishii wraz ze współpracownikami – profesorem Koichi Fukunagą, adiunktem Takanorim Asakurą i badaczem Atsuho Moritą z Wydziału Medycznego Uniwersytetu Keio – przeprowadzili badanie, w którym po raz pierwszy udało się uzyskać komórki podobne do AT2 z fibroblastów myszy poprzez bezpośrednie przeprogramowanie.
W pierwszym etapie naukowcy wyselekcjonowali 14 genów związanych z rozwojem płuc. Następnie analizowali ekspresję genu kodującego białko surfaktantowe C (Sftpc), markera komórek AT2, aby określić najbardziej efektywną kombinację genów. Ostatecznie zidentyfikowano cztery geny – Nkx2-1, Foxa1, Foxa2 oraz Gata6 – jako najbardziej skuteczne w procesie przeprogramowania.
Geny te wprowadzono do trójwymiarowej hodowli fibroblastów embrionalnych myszy, które eksprymowały białko GFP (green fluorescent protein) w odpowiedzi na aktywację genu Sftpc. Po 7–10 dniach około 4% komórek wykazywało pozytywną ekspresję Sftpc/GFP, co świadczyło o pomyślnym wygenerowaniu komórek podobnych do AT2, nazwanych indukowanymi komórkami nabłonka płucnego (iPULs, induced Pulmonary Epithelial-Like cells).
Po izolacji komórek GFP-dodatnich za pomocą cytometrii przepływowej, przeprowadzono szczegółową analizę uzyskanych iPULs. Zaobserwowano obecność struktur przypominających ciałka blaszkowate, charakterystycznych organelli typowych dla naturalnych komórek AT2. Analiza transkryptomiczna wykazała, że profil ekspresji genów iPULs był wysoce zbliżony do profilu natywnych komórek AT2.
Następnie iPULs przeszczepiono do płuc myszy z wywołanym śródmiąższowym zapaleniem. Po 42 dniach komórki skutecznie zakotwiczyły się w obrębie pęcherzyków płucnych. Co istotne, część z nich różnicowała się w komórki typu AT1, które są niezbędne do regeneracji tkanki płucnej.
– W tym badaniu udało nam się bezpośrednio przeprogramować fibroblasty myszy w komórki podobne do AT2. Naszym kolejnym celem jest adaptacja tej technologii do ludzkich komórek, aby w przyszłości opracować bezpieczną terapię regeneracyjną opartą na własnych fibroblastach pacjenta – podsumował prof. Ishii.
Badanie zostało sfinansowane z grantów JSPS KAKENHI (JP24K02113, JP24K23468, JP22KJ2672, JP21J21344, JP21H02926, JP19K17682, JP18K19566, JP18H02821, JP15K19945) oraz AMED (JP21bm0404053, JP23wm0325031, JP24ym0126807).
Źródło: npj Regenerative Medicine
DOI: 10.1038/s41536-025-00411-4
