‘Bronchospheres’ dapat membuka jalan untuk perawatan fibrosis kistik pribadi – ScienceDaily

‘Bronchospheres’ dapat membuka jalan untuk perawatan fibrosis kistik pribadi – ScienceDaily

[ad_1]

Paru-paru manusia, seperti semua organ, memulai keberadaannya sebagai gumpalan sel induk yang tidak berdiferensiasi. Tapi dalam hitungan bulan, sel-selnya menjadi teratur. Mereka berkumpul bersama, bercabang dan bertunas, beberapa membentuk saluran udara dan lainnya alveoli, kantung halus tempat tubuh kita menukar oksigen dengan karbon dioksida. Hasil akhirnya, idealnya: dua paru-paru yang sehat dan bernapas.

Selama bertahun-tahun, para ilmuwan yang mempelajari penyakit paru-paru seperti cystic fibrosis telah mencoba melacak proses ini secara mendetail, dari awal hingga akhir, dengan harapan memahami bagaimana paru-paru terbentuk secara normal dapat membantu menjelaskan kesalahan yang terjadi. Sekarang, para ilmuwan di Pusat Pengobatan Regeneratif (CReM) Universitas Boston telah mengumumkan dua temuan utama yang semakin memahami proses ini: kemampuan untuk menumbuhkan dan memurnikan nenek moyang paru-paru paling awal yang muncul dari sel induk manusia, dan kemampuan untuk membedakan sel-sel ini. menjadi “bronkosfer” kecil yang meniru fibrosis kistik. Peneliti berharap agar hasilnya dipublikasikan secara terpisah di Jurnal Investigasi Klinis dan Sel induk sel, akan mengarah pada pendekatan baru “pengobatan yang dipersonalisasi” untuk mengobati penyakit paru-paru.

“Menyortir sel-sel ini sampai murni sangat sulit dan penting,” kata Darrell Kotton, direktur CReM dan penulis senior kedua makalah, dengan Brian Davis dari UTHealth di University of Texas. “Ini langkah pertama dalam mencoba memprediksi bagaimana seseorang mungkin menanggapi pengobatan yang ada atau obat baru.”

“Ada daftar panjang penyakit paru-paru yang tidak ada pengobatannya selain transplantasi paru-paru,” tambah Kotton, yang pekerjaannya didanai oleh National Institutes of Health (NIH), Cystic Fibrosis Foundation, dan Massachusetts Life Sciences Center. “Sangat penting untuk mengembangkan alat baru untuk memahami penyakit ini.”

Ilmuwan CReM bekerja dengan sel induk berpotensi majemuk terinduksi, atau iPSC, yang ditemukan oleh Shinya Yamanaka pada tahun 2006. Yamanaka menemukan cara mengambil sel dewasa dalam tubuh manusia – seperti sel darah atau sel kulit – dan “memprogram ulang” itu menjadi sel induk dengan kemampuan untuk tumbuh menjadi organ apa pun. Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa kelompok ilmuwan telah mengembangkan sel paru-paru dari iPSC manusia, tetapi resepnya tidak sempurna – sel paru-paru yang dihasilkan tumbuh di tengah tumpukan sel hati, sel usus, dan jaringan lain.

“Itu masalah besar,” kata Finn Hawkins, asisten profesor kedokteran di BU School of Medicine (MED) dan bagian dari tim CReM. Hawkins adalah rekan penulis pertama di Jurnal Investigasi Klinis kertas, bersama dengan Philipp Kramer, sebelumnya dari UTHealth. “Jika Anda ingin menggunakan sel-sel ini untuk mempelajari paru-paru, Anda perlu menyingkirkan yang lainnya.”

Pertama, Hawkins membutuhkan cara untuk mengidentifikasi sel paru-paru. Penelitian sebelumnya oleh Kotton dan ilmuwan CReM lainnya menunjukkan bahwa sel induk tikus mengekspresikan gen yang disebut Nkx2-1 pada “keputusan takdir” – saat mereka berubah menjadi sel paru-paru. “Itu gen pertama yang muncul yang mengatakan, ‘Saya adalah sel paru-paru,'” kata Hawkins. Kotton membangun gen reporter yang bersinar hijau saat sel induk pertama kali mengekspresikan Nkx2-1, dan Hawkins merekayasa gen yang sama ke dalam sel manusia. Sekarang, dia bisa dengan mudah melihat dan memurnikan sel paru-paru hijau yang bercahaya.

Menggunakan flow cytometer, Hawkins dan rekannya memisahkan sel hijau dari campuran, lalu menumbuhkannya dalam matriks. Hasilnya: bola hijau kecil berdiameter sekitar setengah milimeter, “populasi sel paru-paru awal yang murni,” kata Hawkins. Tim menyebut bola kecil itu “organoid”, versi organ yang disederhanakan dan disederhanakan, yang berisi jenis kunci sel paru-paru. Organoid adalah alat, dan mereka melayani setidaknya dua tujuan penting. Pertama, mereka memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari, secara rinci, titik kritis dalam perkembangan paru-paru manusia yang hanya sedikit diketahui. “Kami menemukan bahwa banyak gen yang mengontrol perkembangan paru-paru pada spesies lain, seperti tikus, juga diekspresikan dalam sel manusia ini,” kata Hawkins.

Organoid juga memiliki tujuan lain: ilmuwan dapat menumbuhkannya menjadi jenis sel yang lebih matang dan spesifik – seperti sel saluran napas atau sel alveolar – yang penting untuk fungsi paru-paru. “Sekarang kami benar-benar dapat mulai mengamati penyakit,” kata Hawkins. Di situlah Katherine McCauley (MED’17), kandidat PhD tahun kelima di CReM, masuk.

Minat McCauley adalah cystic fibrosis, penyakit yang disebabkan oleh mutasi pada gen tunggal, CFTR. Mutasi tersebut menyebabkan paru-paru seseorang menghasilkan lendir kental dan kental yang menyebabkan infeksi, peradangan, dan, akhirnya, gagal paru-paru. Bagi banyak pasien, tidak ada obatnya.

McCauley, melihat pada tahap awal penyakit, ingin membawa sel paru-paru Hawkins yang telah dimurnikan ke langkah berikutnya dan mencari tahu bagaimana mereka menjadi sel saluran napas. Melalui banyak eksperimen yang melelahkan, dia memusatkan perhatian pada jalur pensinyalan yang disebut Wnt, yang dikenal penting dalam perkembangan paru-paru tikus. Dengan mematikan jalur tersebut, dia mengarahkan sel paru-paru yang belum matang menjadi sel-sel saluran napas. Kemudian, dia menumbuhkannya menjadi bola-bola sel kecil, yang dia sebut “bronkosfer.”

Seperti organoid Hawkins, bronkosfer tidak bertindak seperti bronkus; mereka hanyalah kumpulan sel tertentu. Tetapi kekhususannya membuat mereka sangat berguna. “Kami ingin melihat apakah kami dapat menggunakan ini untuk mempelajari penyakit saluran napas,” kata McCauley. “Itulah salah satu tujuan besar: merekayasa sel-sel ini dari pasien dan kemudian menggunakannya untuk mempelajari penyakit pasien itu.”

Sebagai bukti konsep, McCauley memperoleh dua baris sel dari seorang pasien dengan cystic fibrosis, satu di mana mutasi CFTR yang menyebabkan penyakit telah diperbaiki, dan satu di mana tidak, dan menumbuhkannya menjadi bronchosfer. Untuk melihat apakah resepnya berhasil, dia menjalankan tes, menggunakan obat yang seharusnya membuat bola yang terbuat dari sel normal berfungsi untuk mengisi dengan cairan. Ini berhasil: bronkosfer “tetap” mulai membengkak, sedangkan bola fibrosis kistik tidak bereaksi. “Bagian kerennya adalah kami mengukur ini menggunakan mikroskop throughput tinggi, lalu kami menghitung perubahan area dengan waktu,” kata McCauley, yang menerbitkan hasil ini di Sel induk sel dan penulis utama studi ini. “Jadi sekarang kita bisa mengevaluasi fungsi CFTR secara kuantitatif.”

Langkah selanjutnya, kata McCauley, adalah meningkatkan tes, dan meningkatkannya, dan membuat tes serupa untuk penyakit paru-paru lainnya. “Tujuan akhirnya adalah mengambil sel dari pasien, dan kemudian menyaring kombinasi obat yang berbeda,” katanya. “Gagasan bahwa kami dapat mengambil sel pasien dan menguji bukan dua puluh, tetapi ratusan atau ribuan obat, dan benar-benar memahami bagaimana pasien akan merespons bahkan sebelum kami memberi mereka perawatan, adalah ide yang luar biasa.”

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Toto SGP

Author Image
adminProzen