Komórki macierzyste płuc

Przewlekłe choroby płuc, jak nowotwory czy przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) znajdują się wśród najczęstszych przyczyn zgonu w Europie. Koszt ich leczenia wynosi ponad 100 miliardów euro rocznie. Choroby te wiążą się ze zmianami w komórkach płuc. Badania komórek macierzystych płuc mogą przyczynić się do poznania przyczyny rozwoju tych chorób i opracowania potencjalnych metod ich leczenia.

Wiele z najczęściej spotykanych chorób płuc w Europie, takich jak rak płuc i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), jest spowodowanych przez zmiany mające miejsce w komórkach tworzących płuca. Badania nad komórkami macierzystymi płuc mogą doprowadzić do zrozumienia tych chorób oraz stworzyć podstawę dla przyszłych metod leczenia.

Komórki macierzyste płuc pełnią ważną rolę w początkowym rozwoju płuc płodu. Ponadto, ostatnie badania wskazują, że u dorosłych istnieje kilka rodzajów komórek macierzystych płuc, które są istotne w procesie naprawy uszkodzeń.  Różne populacje komórek macierzystych są wykorzystywane w   płucach w zależności od rodzaju uszkodzenia. Przykładowo, uszkodzenia spowodowane grypą są naprawiane przez inne komórki macierzyste niż uszkodzenia wywołane środkami chemicznymi.

Komórki macierzyste płuc są obecne w rozwijających się płucach płodów oraz w płucach dorosłych, jednak te komórki nie są identyczne. Naukowcy wiedzą o występowaniu owych zmian, natomiast niewiele wiadomo, czym dokładnie różnią się te komórki.

Niektórzy naukowcy badają mechanizmy decydujące o tym, które komórki macierzyste płuc zostaną aktywowane w odpowiedzi na uszkodzenie lub infekcję.

Naukowcy badają wpływ uszkodzenia genów kontrolujących wzrost oraz podział komórek macierzystych płuc na powstawanie komórek, które dalej się dzielą i namnażają, potencjalnie stając się komórkami rakowymi.

Większość badań nad komórkami macierzystymi płuc przeprowadzona jest na myszach, jednak naukowcy rozpoczynają prowadzenie analiz, w jakim stopniu poprzednie badania mogą odnosić się do ludzkich komórek macierzystych płuc.

Badanie funkcjonowania komórek macierzystych płuc jest bardzo trudne w warunkach laboratoryjnych, ponieważ  tworzą one skomplikowane struktury oraz tkanki, których nie można obecnie sztucznie wyhodować w laboratoriach.

Jednakże, ostatnie osiągnięcia w hodowli organoidów są obecnie wykorzystywane do hodowli komórek płuc, umożliwiając badanie niektórych właściwości ludzkich komórek macierzystych płuc.

Lungs

Nasze płuca pracują bardzo ciężko. Podczas życia przeciętny człowiek wykonuje 20–40 milionów oddechów przy średnim dziennym przepływie powietrza między 7000 a 10000 litrów. Płuca ssaków zbudowane są z dwóch części:

1. górnych dróg oddechowych, w tym tchawicy, oskrzeli i oskrzelików,

2. końcowych dróg oddechowych stanowiących powierzchnię wymiany gazowej, czyli pęcherzyków płucnych.

Udowodniono naukowo, że każdy z tych elementów zawiera unikalne komórki macierzyste i progenitorowe. Komórki progenitorowe płuc występują licznie. Komórki te dzielą się, by zastąpić stare lub uszkodzone komórki, dzięki czemu płuca mogą prawidłowo funkcjonować. Wśród komórek progenitorowych wyróżnia się komórki podstawne tchawicy, komórki kubkowe oraz komórki pęcherzykowe typu 2. Uważa się, że podziały komórkowe komórek progenitorowych wystarczają, by zapewnić odnawianie się struktury płuc podczas życia dorosłego organizmu.

Komórki macierzyste są znacznie rzadsze niż progenitorowe, tym niemniej można je znaleźć w płucach zarówno podczas rozwoju zarodkowego, jak i w dorosłym organizmie. Niektóre komórki macierzyste biorą udział w rozwoju płuc, a inne odpowiadają za naprawę i regenerację płuc. Nieprawidłowości dotyczące komórek macierzystych mogą wiązać się z chorobami płuc. W płucach myszy odkryto rzadkie komórki macierzyste znajdujące się w drogach oddechowych, które w odpowiedzi na poważne uszkodzenia (np. podczas grypy) mogą dzielić się, dając początek zarówno komórkom górnych dróg oddechowych, jak i pęcherzyków płucnych. Komórki te udało się hodować in vitro i wykorzystać w leczeniu uszkodzonych płuc myszy.

Lung diagram
Z lewej: struktura dorosłych płuc. Z prawej: anatomia płuc oraz  komórki macierzyste płuc

 

Lepsze zrozumienie biologii komórek macierzystych i progenitorowych płuc pozwoli nam lepiej zrozumieć, jak pracują zdrowe płuca. Ta wiedza z kolei ułatwi wskazanie przyczyn rozwoju chorób płuc, takich jak przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP). Badania komórek macierzystych płuc mogą doprowadzić do znalezienia leków i opracowania metod terapii tych chorób. W przyszłości komórki macierzyste płuc mogą być wykorzystane w medycynie w celu odbudowy zniszczonych na skutek urazu lub choroby płuc.

Komórki macierzyste płuc najczęściej były identyfikowane i opisywane w badaniach wykorzystujących myszy zmodyfikowane genetycznie. Te analizy pozwoliły na wskazanie różnic między komórkami macierzystymi w zarodkowych i dorosłych płucach, określenie roli komórek macierzystych w procesie naprawy płuc oraz stwierdzenie, jak zmiany w komórkach macierzystych płuc mogą prowadzić do rozwoju chorób. Aktualnie prowadzone badania skupiają się na sprawdzeniu, czy takie same komórki macierzyste bądź progenitorowe występują również w płucach człowieka.

Fluorescence tagging of progenitor and stem cells before and after lung injury
Znakowanie fluorescencyjne komórek macierzystych i prekursorowych przed i po uszkodzeniu płuca

Ponadto, trwają badania nad określeniem roli komórek macierzystych w różnych chorobach płuc człowieka, w tym w nowotworzeniu i POChP. Rozpoczęto również badania kliniczne, aby stwierdzić, czy komórki macierzyste płuc mogą wspomóc regenerację płuc lub zostać wykorzystane do ich odbudowy.

Wiedza na temat funkcjonowania ludzkich komórek macierzystych płuc jest szansą na określenie możliwości wykorzystania tych komórek w terapii, a także wskazanie leków, które mogłyby zostać wykorzystane w leczeniu chorób płuc. Dalsze badania dotyczyć będą także możliwości wykorzystania komórek macierzystych płuc w medycynie spersonalizowanej.

Tę notatkę sporządzili Adam Giangreco i Emma Rawlins.

Aktualizacja w 2015 i 2018 przygotowana przez Emmę Rawlins.

Przetłumaczone na język polski przez Aretę Czerwińską i Karolinę Archacką.

Rycinę przygotował Adam Giangreco. Autorzy zdjęć: Adam Giangreco i Emma Rawlins.