波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员看到了肺部疾病可治疗和受损肺部再生的未来
弄清楚如何让受损的肺重新变得像新的一样是达雷尔·科顿毕生的工作。现在，他离目标又近了一步
达雷尔·科顿（Darrell Kotton）和他的团队设想了一个未来，他们可以利用病人自己的细胞修复疾病造成的肺损伤，方法是在实验室培养皿中对细胞进行重新编程，然后将它们移植回病人体内。Jackie Niam/iStock拍摄
波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员看到了肺部疾病可治疗和受损肺部再生的未来
弄清楚如何让受损的肺重新变得像新的一样是达雷尔·科顿毕生的工作。现在，他离目标又近了一步
20多年来，波士顿大学的一个科学家团队一直在探索如何治疗无法治愈的肺部疾病，而且如何再生受损的肺部，使它们像新的一样好。
这就是肺病学家达雷尔·科顿和他在再生医学中心（CReM）的实验室的目标。CReM是波士顿大学和波士顿医学中心（波士顿大学的主要教学医院）的共同努力。通过使用复杂的干细胞技术改进他们的工作，Kotton和他的团队比以往任何时候都更接近实现这一愿景。
在《细胞干细胞》杂志上发表的两项新澳门威尼斯人注册网站研究中，波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员详细介绍了他们如何设计肺干细胞并成功地将其移植到受伤小鼠的肺部。两组细胞分别针对肺的两个不同部位：气道（包括气管和支气管）和肺泡（向血液输送氧气的脆弱气囊）。他们的发现最终可能会导致治疗肺部疾病的新方法，包括严重的COVID-19病例、肺气肿、肺纤维化和囊性纤维化（一种由基因突变引起的疾病）。
“我们已经通过越来越好地生成细胞来实现这一目标，”科顿说，他是波士顿大学乔巴尼亚和阿维迪安医学院的医学教授、CReM主任，也是这两篇论文的通讯作者。
Kotton和他的团队设想了一个未来，他们可以用病人自己的细胞来修复由疾病引起的肺损伤，方法是在实验室培养皿中对细胞进行重新编程，然后将它们移植回病人体内。新的肺细胞会像普通细胞一样复制，取代肺部受损和患病的区域。
新的治疗方法
干细胞可以在不进行肺移植的情况下使受损的肺恢复正常功能，干细胞可以在体内发育成其他专门的细胞。多年来，已经发现了许多不同类型的干细胞，但Kotton和他的实验室专注于一种称为多能干细胞的类型。
这些细胞只存在于胚胎中。但在2006年，科学家山中伸弥（Shinya Yamanaka）发现了如何通过基因重组成人皮肤或血细胞，使其进入类似胚胎干细胞的状态。这些被改造的细胞被称为诱导多能干细胞（iPS），并在2012年获得了诺贝尔生理学或医学奖。诱导多能干细胞可以转化为人体任何类型的细胞，包括肺细胞。Kotton和他的团队——包括乔巴尼亚和阿维迪医学院的教授Finn Hawkins和Xaralabos Varelas，艺术与科学学院的物理学教授Pankaj Mehta，以及许多其他澳门威尼斯人注册网站研究人员——在实验室中利用iPS细胞开发了设计每个肺干细胞的方法，包括使用机器学习方法。这一步帮助他们确定了生成可以继续成为肺细胞的细胞的最佳条件。然后他们开发了将它们移植到肺部受伤的实验小鼠模型中的方法。
“我们证明，以前从未成为肺一部分的工程细胞可以移植到受伤的小鼠肺中，在那里它们融入宿主的呼吸系统，并表现出与宿主肺细胞相似的行为，”Kotton实验室的博士后澳门威尼斯人注册网站研究员迈克尔·赫里格斯（Michael Herriges）说，他是这篇澳门威尼斯人注册肺气囊的论文的主要作者。正如我们所能想象的那样，从微小的未指明的iPS细胞团块中制造出可用于治疗的肺细胞是一个漫长而复杂的过程——这也是Kotton毕生的工作。
Herriges说：“我们可以在活体组织中产生功能性工程版本，这一事实仍然让我感到惊讶，它为肺部疾病患者的新治疗开辟了可能性。”
我们可以在活体组织中产生一个功能性的工程版本，这一事实仍然让我感到惊讶，它为肺部疾病患者的新治疗开辟了可能性。
被移植到老鼠体内的细胞持续了两年多的寿命。现在，他们必须弄清楚这些细胞是否真的能在小鼠模型中阻止疾病的发展，最终他们必须在更大的动物身上测试他们的技术，这些动物的肺更像人类的肺。
“许多肺部疾病的特征是不可逆的组织损伤，”分子和转化医学博士/博士生马丁·马（Martin Ma）说，他是这篇澳门威尼斯人注册肺气道的论文的主要作者。“由于与身体其他器官相比，肺部的再生能力不是最强的，因此损伤会给没有大量治疗选择的患者带来很大的痛苦。”
马相信，多年以后，修复受损肺部的过程可能会吸引那些不想一辈子每天都服药的患者，至少为那些患有目前没有药物治疗的遗传性肺部疾病的患者提供另一种选择。例如，患有遗传性肺部疾病（如囊性纤维化）的患者将被抽取一滴血。这些血细胞将被重新编程为iPS细胞，然后使用Kotton实验室开发的方法在实验室培养皿中重建所需的肺细胞。这些细胞将被基因编辑以纠正导致疾病的基因突变，最后再移植回患者体内。不像接受肺移植，需要大量的免疫抑制剂，这样身体就不会排斥新的器官，理想情况下，病人可以耐受自己的细胞而不排斥它们，不需要免疫抑制。
“这是我们第一次尝试建立一个未来的临床模型，我们可以开始考虑重建健康组织，在真正患病的人身上恢复健康组织，”马说。除了他们的临床目标之外，澳门威尼斯人注册网站研究人员希望他们的工作继续为基础科学问题提供信息，比如细胞如何相互交流，什么机制调节肺细胞的身份，以及是什么使它们彼此不同。
“我们的工作建立在许多基础科学澳门威尼斯人注册网站研究的基础上，这些澳门威尼斯人注册网站研究最初并没有临床目标，”马说，比如iPS细胞的发明。“我希望我们的论文可以为社区中的其他澳门威尼斯人注册网站研究人员创造一个平台，以产生更多的基础知识，未来的转化澳门威尼斯人注册网站研究最终将建立在这些基础上。”
这些澳门威尼斯人注册网站研究的资金是由美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院国家心脏、肺和血液澳门威尼斯人注册网站研究所和波士顿大学基拉查德多细胞设计项目加速器提供的。
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