Это один из первых всесторонних исследований клеток легких с использованием технологии, называемой секвенированием одноклеточной РНК. Вместо изучения множества клеток из образца ткани, секвенирование отдельных клеток позволило исследователям в этом исследовании внимательно изучить отдельные клетки, составляющие легкие; определить их функцию и, в конечном итоге, понять молекулярные изменения, которые могут быть причиной болезни.
Используя этот метод, исследователи определили пять уникальных типов клеток, связанных с фиброзом легких, которые потенциально могут привести к более ранней диагностике и целевым терапевтическим препаратам.
Первоначальные результаты исследования, опубликованные сегодня в качестве обложки для журнала Science Advances, являются первыми в совокупности стоимостью 6 долларов.1 миллион федеральных грантов, направленных на раскрытие причин заболеваний легких, включая IPF, наиболее распространенную и тяжелую форму фиброзного заболевания легких в стране. По оценкам, 50 000 американцев, в основном людей среднего и старшего возраста, ежегодно получают диагноз ИЛФ.
Большинство умирает от дыхательной недостаточности в течение пяти лет.
В сотрудничестве с Медицинским центром Университета Вандербильта (VUMC) исследователи проанализировали образцы ткани из 20 легких с легочным фиброзом, предоставленные Торакальным институтом Нортона и VUMC, а также образцы тканей из 10 здоровых легких, предоставленные Донорской сетью Аризоны и Донорскими службами Теннесси.
Доктор. Николас Банович, доцент отдела комплексной онкологической геномики TGen и соавтор исследования, сказал, что наиболее интересным открытием является характеристика клеток под названием KRT5- / KRT17 +, которые появились в эпителии или защитной оболочке легких. но только у людей с легочным фиброзом.
«Эти клетки невероятно уникальны, поскольку они явно эпителиальные, но также производят коллаген и компоненты внеклеточного матрикса (ECM), которые образуют рубцовую ткань», – сказал доктор. Банович сказал: «Они напрямую способствуют развитию фиброза."Эти клетки также имеют общие характеристики как дыхательных путей, так и альвеолярного эпителия, дыхательной мембраны, которая обеспечивает обмен газов.
Еще одним из наиболее интересных результатов исследования является высокая степень пластичности, способность клетки разделять характеристики с несколькими классически определенными типами клеток в эпителии легких.
"Традиционно в этой области использовалось небольшое количество генов для определения типов клеток.
При подходе к секвенированию одноклеточной РНК мы обнаруживаем, что часто бывает трудно провести четкую грань между различными типами клеток », – сказал доктор. Банович сказал. "Вместо того, чтобы думать о них как о дискретных типах клеток, мы должны думать о них как о континууме, и при правильном стимуле эти клетки могут изменять свое состояние."
Помимо клеток KRT5- / KRT17 +, исследование выявило тип клеток, помеченный геном SCGB3A2.
Эти клетки похожи на клубные клетки – эпителиальные клетки, выстилающие дыхательные пути, – но обнаруживаются почти исключительно при фиброзе легких. В отличие от других эпителиальных клеток дыхательных путей, похоже, эти клетки способны трансформироваться в альвеолярные клетки 1-го типа (AT1) – клетки, в которые поступает кислород в организм и через которые выводится углекислый газ – в попытке восстановить повреждение. легкое.
«Помимо превращения в клетки AT1, наши результаты показывают, что клетки SCGB3A2 + также могут стать клетками KRT5- / KRT17 +. На самом деле кажется, что во время трансформации в клетки AT1 процесс захватывается, и вместо того, чтобы помогать восстанавливать легкие, эти клетки подталкиваются к этой странной профиброзной эпителиальной клетке, которая продолжает вызывать фиброз », – сказал доктор. Банович сказал.
Две другие клетки, выявленные в ходе исследования, представляют собой отдельные подмножества фибробластов, клеток, которые образуют нормальную соединительную ткань и рубцовую ткань в легких, отмеченных высокими уровнями генов PLIN2 или HAS1. Эти клетки также ограничены легочным фиброзом.
IPF – это прогрессирующее и необратимое заболевание, характеризующееся сухим кашлем, усталостью, болями в мышцах и суставах и постоянно усиливающейся одышкой.
IPF и PF одновременно рубят и укрепляют интерстиций – тонкую сеть, похожую на кружево, которая поддерживает крошечные воздушные мешочки в легких. IPF имеет как генетический, так и экологический риск, но точная причина неизвестна, и текущие методы лечения, за исключением трансплантации легких, только замедляют прогрессирование заболевания.
Трансплантация легких – это радикальная операция, которая обычно требует месяцев ожидания доступных органов и часто требует длительного, а иногда и мучительного восстановления.
В исследовании признательна за помощь: 10x Genomics и Chan Zuckerberg Initiative в разработке оптимизации технологии секвенирования одноклеточной РНК; и пациенты и доноры органов, которые сделали эту работу возможной.