تولید ارگانوئیدهای ریوی از سلول های بنیادی پرتوان انسانی در شرایط آزمایشگاهی
تاریخ انتشار: شنبه 27 بهمن 1397
| امتیاز:
اپی تلیوم ریوی از لایه زایای اندودرمی مشتق می شود که مجموعه ای پیچیده از وقایع پیام رسان میانجی شونده اندودرمی-مزودرمی را متحمل می شوند تا شبکه آرایش یافته نهایی از مجاری هدایت کننده(برونش، برونشیول) و واحدهای مبادله کننده گار(آلوئول ها) را تولید کنند. این مراحل شامل القای اندودرمی، الگودهی قدامی-خلفی و پشتی-شکمی، تخصصی شدن ریوی، جوانه زدن ریوی، ریخت زایی منشعب و در نهایت بلوغ است. در این جا ما پروتکلی را توصیف می کنیم که چندین بخش مهم را به منظور تمایز سلول های بنیادی پرتوان انسانی(hPSCs) به اسفروئیدهای شکمی-قدامی لوله گوارش جلویی و سپس به دو نوع مجزا از اسفروئیدها(ارگانوئیدهای ریوی انسانی و ارگانوئیدهای پیش ساز رأس جوانه، شبیه سازی می کند. ارگانوئیدهای ریوی انسانی حاصل دارای انواع سلول ها و ساختارهایی هستند که برونش/برونشیول های مجاری هوایی انسانی در حال تکوین را دارا هستند و بوسیله مزانشیم ریوی و سلول های بیان کننده مارکرهای آلوئولی احاطه می شوند. ارگانوئیدهای پیش ساز رأس جوانه دارای جمعیتی از سلول های چند توان بسیار تکثیر شوند با پتانسیل تمایز چند رده ای در شرایط آزمایشگاهی و پتانسیل پیوند درون تنی هستند. ارگانوئیدهای ریوی انسانی می توانند ظرف 50 تا 85 روز از hPSCهای انسانی تولید شوند و ارگانوئیدهای پیش ساز رأس جوانه می توانند ظرف 22 روز تولید شوند. دو مدل مشتق از hPSCها که در این ارائه شده اند با بافت جنینی انسانی مشابه هستند و ارائه کننده بافت های شبه جنینی انسان هستند. بنابراین ارگانوئید پیش ساز رأس جوانه، برای کشف تصمیمات سرنوشت ساز اپی تلیالی ایده آل هستند، در حالی که ارگانوئیدهای ریه انسانی می توانند برای مدل سازی ارتباط اپی تلیالی-مزانشیمی طی تکوین ریه انسانی استفاده شوند. علاوه بر این برای کاربرد آن ها در زیست شناسی تکوینی، ارگانوئیدهای ریوی انسانی و ارگانوئیدهای پیش ساز رأس جوانه ممکن است در طب بازساختی، مهندسی بافت و تست های مربوط به ایمنی و کارایی داروها به کار برده شوند.
Nat Protoc. 2019 Jan 21. doi: 10.1038/s41596-018-0104-8. [Epub ahead of print]
Generation of lung organoids from human pluripotent stem cells in vitro.
Miller AJ1, Dye BR2, Ferrer-Torres D3, Hill DR3, Overeem AW4, Shea LD2, Spence JR5,6,7,8,9.
Abstract
The lung epithelium is derived from the endodermal germ layer, which undergoes a complex series of endoderm-mesoderm-mediated signaling events to generate the final arborized network of conducting airways (bronchi, bronchioles) and gas-exchanging units (alveoli). These stages include endoderm induction, anterior-posterior and dorsal-ventral patterning, lung specification, lung budding, branching morphogenesis, and, finally, maturation. Here we describe a protocol that recapitulates several of these milestones in order to differentiate human pluripotent stem cells (hPSCs) into ventral-anterior foregut spheroids and further into two distinct types of organoids: human lung organoids and bud tip progenitor organoids. The resulting human lung organoids possess cell types and structures that resemble the bronchi/bronchioles of the developing human airway surrounded by lung mesenchyme and cells expressing alveolar-cell markers. The bud tip progenitor organoids possess a population of highly proliferative multipotent cells with in vitro multilineage differentiation potential and in vivo engraftment potential. Human lung organoids can be generated from hPSCs in 50-85 d, and bud tip progenitor organoids can be generated in 22 d. The two hPSC-derived models presented here have been benchmarked with human fetal tissue and found to be representative of human fetal-like tissue. The bud tip progenitor organoids are thus ideal for exploring epithelial fate decisions, while the human lung organoids can be used to model epithelial-mesenchymal cross-talk during human lung development. In addition to their applications in developmental biology, human lung organoids and bud tip progenitor organoids may be implemented in regenerative medicine, tissue engineering, and pharmaceutical safety and efficacy testing.
PMID: 30664680