به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Science Immunology منتشر شده است، محققان منشاء و تمایز بعدی سلول‌های ‌ایمنی رویانی و جنینی را در طول رشد ریه انسان مشخص می‌کنند.

ما در حال حاضر در مورد رشد ‌ایمنی جنین چه می‌دانیم، و چرا‌این کافی نیست؟

تحقیقات قبلی به طور گسترده‌ای عملکرد سلول‌های ‌ایمنی را در بازسازی، حفظ هموستاز، به ویژه در روده و بیضه، و رشد بافت بدنی ثبت کرده است. مطالعات با هدف توضیح ساختار، زیرگروه‌ها و عملکرد سلول‌های اپیتلیال و مزانشیمی انجام شده است. با ‌این حال، شکافی در درک محققان از فرآیندها و نقش‌های عملکردی سلول‌های‌ ایمنی ریه وجود دارد. سلول‌های ‌ایمنی برخی از حیاتی ترین سلول‌هایی هستند که مسئول بقای نوزاد از بدو تولد به بعد هستند. با توجه به دفاعی که سلول‌های‌ ایمنی مخاطی مرتبط با ریه در برابر پاتوژن‌های موجود در هوا و سموم استنشاقی ارائه می‌کنند، کمبود منابع فعلی در‌این زمینه شگفت‌آور است. توضیح احتمالی برای‌این شکاف در منابع ممکن است به دلیل ماهیت پیچیده تمایز سلولی در طول رشد جنینی و فقدان تاریخی تکنیک‌هایی باشد که قادر به ردیابی‌ایمن ‌این تمایزات در طول بارداری باشند. سوال مهمی‌که بی‌پاسخ باقی مانده است ‌این است که آیا سلول‌های‌ ایمنی ممکن است عملکردی فراتر از دفاع داشته باشند، آیا می‌توانند رشد بافت‌هایی که در آن ساکن هستند را تعدیل کنند یا به شکل دیگری بر رشد آن‌ها تأثیر بگذارند؟ پاسخ به ‌این سوال و سوالات مشابه مربوط به رشد ریه انسان در هر دو سطح سلولی و مولکولی ممکن است منجر به پیدایش مداخلات بالینی جدیدی شود که برای ترمیم و بازسازی ریه‌ها طراحی شده‌اند و در نتیجه میلیون‌ها یا حتی صدها میلیون بیمار جایگزینی برای پیوند ریه می‌دهند. تحقیقات قبلی مورفولوژی رشد ریه انسان را مشخص کرده و‌این فرآیند را به پنج مرحله با هم تداخل دارند. ‌این‌ها شامل مرحله جنینی بین 4 تا 7 هفته پس از لقاح (pcw)، مرحله شبه غندولار بین 5 تا 17 pcw، مرحله کانالی بین 16 تا 26 pcw، مرحله ساکولار بین 24 تا 38 pcw، و مرحله آلوئولار از 36 pcw تا21 سالگی است. سه مرحله اول، به طور خاص بین 5 تا 22 pcw، کمترین دوره رشد ریه را نشان می‌دهند، علیرغم ‌اینکه در مجموع تکامل سلول‌های بنیادی اپیتلیال را به ریه‌های تقریباً کاربردی پوشش می‌دهند.

درباره مطالعه

مطالعه حاضر با هدف ارزیابی پیشرفت زمانی سیستم ‌ایمنی جنین و روشن کردن نقش بالقوه آن در تعدیل رشد ریه جنینی انجام شد. نمونه‌های رویان و جنین انسان از کمک هزینه مشترک MRC/Wellcome Trust منابع زیست شناسی رشد انسانی (HDBR) به دست آمد. حاملگی‌های خاتمه یافته بین 5 تا 22 pcw برای به دست آوردن بافت ریه تازه با رضایت کتبی از اهداکنندگان استفاده شد. تجزیه و تحلیل کاریوتیپی انجام شد تا اطمینان حاصل شود که نمونه‌های وارد شده عاری از ناهنجاری‌های ژنتیکی هستند و رشد جنینی انسان را نشان می‌دهند. ایمونوهیستوشیمی (IHC) بافت‌های ریه برای اعتبارسنجی انواع و کمیت سلول‌های ‌ایمنی در سه مرحله اول رشد ریه جنینی استفاده شد. تجزیه و تحلیل IHC بیشتر به ارزیابی مکان سلول‌های ‌ایمنی مشاهده ‌شده و تغییرات آن‌ها از ۵ تا ۲۲ pcw کمک کرد. برای بهبود دقت و قابلیت اطمینان کمی سازی سلول‌های‌ایمنی، کمی سازی سه بعدی (3 بعدی) با استفاده از میکروسکوپ کانفوکال و سپس تجزیه و تحلیل نرم افزار Imaris انجام شد. تصاویر سه بعدی محاسبه شده در هر نقطه زمانی در طول مدت مطالعه با تصاویر دو بعدی مقایسه شدند. هضم بافت ریه و به دنبال آن فلوسایتومتری و مرتب‌سازی سلولی فعال شده با فلورسانس (FACS) برای تایید تخمین‌های کمی IHC، روشن کردن نسبت‌های نسبی +CD3+، CD4+، CD8 و سلول‌های T تنظیمی (Tregs) به عنوان نسبتی از جمعیت  +CD45 برای همان مورد استفاده شد. مرحله رشد و مرتب سازی سلول‌های+ CD45 به عنوان پیش ساز توالی یابی اسید ریبونوکلئیک تک سلولی (RNA) (scRNA-sq). علاوه بر‌این، هدف دوگانه اعتبارسنجی نتایج فلوسیتومتری و خصوصیات مولکولی سلول‌های ‌ایمنی در سراسر نمونه‌ها را داشت. نمایه سازی سلولی رونوشت‌ها و توالی یابی اپی توپ‌ها (CITE-seq) به علاوه برای بهبود وضوح نتایج به کار گرفته شد. ارگانوئیدهای ریه جنینی انسان نیز برای آزمایش‌های خصوصیات عملکردی، از جمله درمان‌های سیتوکین، سنجش رونویسی سرکوبگر دوگانه مادران در برابر دکاپنتاپلژیک (SMAD)، و کشت ماکروفاژ، سلول‌های دندریتیک (DC) و آرایه‌های سیتوکین استفاده شدند. تمام داده‌های به‌دست‌آمده در معرض تجزیه و تحلیل‌های آماری متشکل از آنالیز واریانس یک‌ طرفه (ANOVA)، آزمون‌های t دو طرفه بدون جفت، تحلیل حداکثر درست نمایی باقی‌مانده (REML) و آزمون مقایسه چندگانه تعقیبی توکی قرار گرفتند.

نتایج مطالعه

سنجش‌های scRNA-seq، IHC و ارگانوئید عملکردی نشان داد که جمعیت سلول‌های ‌ایمنی به طور قابل‌توجهی در مراحل رشد جنین متفاوت است. سلول‌های ‌ایمنی پیش ساز و ذاتی، از جمله سلول‌های میلوئید، لنفوئید ذاتی (ILC) و سلول‌های کشنده طبیعی (NK) در مراحل اولیه رشد غالب بودند اما به تدریج با لنفوسیت‌های T و B جایگزین شدند. سلول‌های CD45 + تقریبا در همه جا در سراسر مراحل رشد و در تمام مناطق بافت مرتبط با ریه بودند. با‌این حال، کمیت نسبی آن‌ها در زمان و مکان متفاوت بود. خصوصیات مولکولی سلول‌های‌ایمنی 77559 پروفایل رونویسی را نشان داد که 61757 مورد آن برای علم جدید است. حاشیه نویسی ‌این پروفایل‌ها به دنبال آنالیزهای خوشه بندی، 59 خوشه نماینده همه دسته‌های سلول‌های‌ایمنی شناخته شده را نشان داد. تجزیه و تحلیل اجداد‌این دسته‌ها منجر به کشف ILC-  و تراکم اولیه لنفوئید اولیه (ELPs) به طور غیرمنتظره‌ای شد. در مجموع، ‌این نتایج نشان می‌دهد که سلول‌های ‌ایمنی از یک الگوی دو فازی در طول رشد جنینی و یک سنبله به وفور در طول هشت و 20 pcw پیروی می‌کنند. ارزیابی‌های کمی واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (qPCR) نشان می‌دهد که پیک 20 pcw ممکن است تا حدی به دلیل بلوغ عروقی باشد. بلوغ سلول‌های B در ریه‌ها برای اولین بار با استفاده از سنجش IHC و فلورسانس تک مولکولی در هیبریداسیون درجا (smFISH) آشکار شد. ‌این به شواهد فزاینده‌ای اضافه کرد که نشان می‌دهد مغز استخوان تنها منبع سلول‌های B بالغ نیست، که برخلاف باورهای علمی قبلی است. بیان‌ ایزوتیپ ‌ایمونوگلوبولین (Ig) در پشت سر هم با سنجش انبساط کلونال نشان داد که در طول توسعه، مزانشیم ریه و اپیتلیوم از هموستاز سلول B از طریق ترشح کموکاین‌های تعدیلی، از جمله CCL28 پشتیبانی می‌کنند. خروجی جمعی سنجش‌های ترانسکریپتومیک و سیتوکین، برهمکنش‌های پیچیده سیتوکین‌های چندگانه ترشح شده از سلول‌های ‌ایمنی را نشان داد، که به نوبه خود، از نظر عملکردی برای تأثیرگذاری بر تمایز سلول‌های اپیتلیال تأیید شدند. ‌این نتایج نشان می‌دهد که سلول‌های‌ایمنی یک هدف دوگانه دفاع و رشد ریه را در طول رشد جنین انجام می‌دهند و در نتیجه فرضیه‌های قبلی را تأیید می‌کنند.

نتیجه گیری

در مطالعه حاضر، محققان آنالیزهای ترانس کریپتومیک پیشرفته را با IHC ترکیب کردند تا نقش ساختاری و عملکردی سلول‌های ‌ایمنی را در طول رشد جنین و جنین روشن کنند. ارزیابی سلول‌های ‌ایمنی جنین در طول دوره 5 تا 33 pcw نشان داد که بلوغ کامل سلول‌های B در ریه‌های جنینی اتفاق می‌افتد، که‌این باور رایج را که مغز استخوان تنها منبع جمعیت‌های سلول B بالغ است به چالش می‌کشد. اینترلوکین 1 بتا (IL-1β) به طور گسترده توسط سلول‌های میلوئیدی پراکنده تولید می‌شود. به نوبه خود مشخص شد که IL-1β تمایز سلول‌های بنیادی اپیتلیال را تعدیل و ترویج می‌کند و نقش دوگانه سلول‌های ‌ایمنی را در توسعه دفاعی و اپیتلیال ریه برجسته می‌کند. در نهایت، ‌این یافته‌ها با هم یک اطلس‌ایمنی از رشد ریه‌های انسان را فراهم می‌کنند و نقش سلول‌های‌ایمنی جنین را در هدایت رشد اپیتلیوم ریه نشان می‌دهند.

پایان مطلب./