成功生成能够产生肺泡类器官的人 iPS 细胞衍生的间充质细胞,相关研究发表在Cell Reports Methods上。
类器官技术是生物科学研究的有力工具。此前,人胎肺成纤维细胞(HFLFs)已被用于促进肺泡类器官的发育,但HFLFs在类器官系统中具有异源性的局限性,因此它们无法复制个体的生物环境。为了解决这一限制,京都大学的研究小组生成了诱导多能干细胞衍生的间充质细胞 (iMES),这些细胞具有开发肺泡类器官的能力,旨在模拟生态环境和疾病。
间充质细胞对于器官发育是必需的。在肺中,远端尖端成纤维细胞有助于肺泡和气道上皮细胞分化和稳态。在这里,该小组报告了一种方法,从产生人类诱导的多能干细胞(IPSC)衍生的间充质细胞(IMES),通过上皮 - 间质相互作用诱导人类IPSC来源的人类IPSC衍生的肺泡和气道上皮谱系成纤维细胞。
通过对皮肤和肺成纤维细胞的转录组比较,其相应重编程的IPSC衍生的IMES,我们发现IMES具有肺间隙的特征,具有诱导肺泡2型(AT2)细胞的潜力。特别是在IMES中表达的RSPO2和RSPO3直接导致器官形成过程中AT2细胞诱导。我们证明,IPSC衍生的总肺泡类器官有助于表征对流感(H1N1)病毒的反应和严重的急性呼吸综合征冠状病毒2(SARS-COV-2)感染,证明了它们用于疾病建模的效用。
呼吸吸入氧气并排出二氧化碳,这种气体交换发生在肺部的肺泡中。肺泡含有参与实际气体交换的 1 型肺泡上皮细胞 (AT1) 和产生表面活性剂以防止肺泡空间塌陷的 2 型肺泡上皮细胞 (AT2)。上皮细胞和间充质细胞之间的相互作用对肺泡发育至关重要。
在之前的一项研究中,京都大学的研究小组通过与人胎肺成纤维细胞 (HFLF) 共培养,生成了含有 AT1 和 AT2 细胞的肺泡类器官,并将其用于疾病建模。这项新研究旨在创建可以诱导肺泡上皮细胞的 iPS 细胞衍生的间充质细胞(iMES) ,而无需使用 HFLF。
iMES 与源自 iPS 细胞的肺祖细胞的 3D 共培养产生的 iMES-AO 的显微图像。
该研究小组成功生成了可诱导肺泡类器官(iMES-AOs)的iMES,该类器官不仅包括AT2细胞,还包括AT1细胞、肺神经内分泌细胞和纤毛细胞。此外,他们证明 iMES-AO 可用于流感病毒和 SARS-CoV-2 感染模型。
未来,iMES-AOs有望用于肺发育和再生医学以及呼吸系统疾病模型的研究。
这项研究的结果于2022 年 9 月 19 日 在线发表在Cell Reports Methods上。
More information: Koji Tamai et al, iPSC-derived mesenchymal cells that support alveolar organoid development, Cell Reports Methods (2022). DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100314
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