Специализированные клетки легких появляются у развивающегося плода намного раньше, чем предполагали ученые. Новое исследование на животных, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщает, как клетки, которые становятся альвеолами, крошечными отсеками, в которых происходит газообмен в легких, начинают выполнять свои специализированные функции очень рано в пренатальной жизни. Исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании и Детской больницы Филадельфии (CHOP) говорят, что исследование сигнальных путей плода, активных в этом биологическом событии, может предложить будущие возможности для лечения повреждений легких, вызванных недоношенностью и другими повреждениями легких.
Исследовательская группа сосредоточилась на основной функции дыхания – обмене кислорода и углекислого газа в ключевых клетках, называемых альвеолярными клетками 1 и 2 типа. Та же исследовательская группа ранее определила новую клеточную линию в легких мышей и людей, которую они назвали клетками-предшественниками альвеолярного эпителия. В новом исследовании использовался анализ секвенирования одноклеточной РНК, исследования экспрессии белков и новый инструмент отслеживания клонов, чтобы выявить детали раннего образования легких на модели эмбриона мыши.
Эдвард Э. Морриси, доктор философии.D., директор Пенсильванского центра легочной биологии, Раджан Джайн, доктор медицины, доцент кафедры сердечно-сосудистой медицины в Пенсильвании, и Дэвид Б. Франк, MD, Ph.D., детский кардиолог в CHOP, были соавторами исследования.
Исследователи заинтересованы в расшифровке основ того, как клетки формируют свою идентичность – по сути, почему клетка становится клеткой легкого, а не клеткой сердца. В частности, важно понимать, как формируются легкие, потому что у многих недоношенных детей органы сформированы плохо. "Мы обнаружили, что клетки легких принимают свою намеченную судьбу намного раньше, чем ожидалось, что является важным шагом на пути к разработке новых терапевтических средств," сказал Джайн.
Альвеолярные клетки обладают схожими характеристиками у мышей и людей, оба имеют схожие лежащие в основе гены, белки и сигнальные системы, поэтому биологические механизмы, обнаруженные в текущем исследовании на мышах, имеют отношение к тому, как эти клетки функционируют у людей. "Эта спецификация клеток начинается на очень ранней стадии развития легких и постепенно засевает преждевременные альвеолы легких на протяжении всей беременности," сказал Фрэнк.
Команда обнаружила, что спецификация альвеолярных клеток начинается одновременно с ранним формированием легких, поскольку клетки развивающегося эмбриона начинают раздвигаться и разветвляться на специализированные структуры, такие как дыхательные пути и альвеолы. Многие клетки легких обязуются "клеточные судьбы," их специализированные роли во время морфогенеза ветвления, которое происходит до образования мешковидной структуры, которая становится альвеолой легких.
"Раннее присутствие этих специализированных альвеолярных клеток может объяснить тот факт, что меньшая часть чрезвычайно недоношенных человеческих детей выживает даже с недоразвитыми легкими," сказал Фрэнк. Он добавил, что, поскольку многие другие системы органов в дополнение к легочной системе остаются недоразвитыми у крайне недоношенных детей, заболеваемость и смертность в таких случаях остаются высокими.
Исследовательская группа планирует продолжить изучение того, как их результаты в конечном итоге могут повлиять на будущие методы лечения. Лучшее понимание развития легких может привести к потенциальным инструментам в регенеративной медицине, возможно, путем манипулирования ключевыми сигнальными путями или новыми мишенями клеток-предшественников для роста новой легочной ткани после травмы от недоношенных или приобретенного заболевания легких.