Making a Human Pluripotent Stem Cell-Derived Model of an Airway Epithelium

Abstract

Á hverjum degi öndum við að okkur lofti sem inniheldur ýmis efni sem erta öndunarfæraþekjuna. Það má því segja að öndunarfæraþekjan sé undir miklu umhverfisálagi þar sem í innöndunarlofti er mikið af sýklum og skaðlegum efnum. Þetta getur haft slæm áhrif á öndunarfærin og kemur þekjubrestur við sögu í flestum öndunarfærasjúkdómum, því er mikilvægt að þróa lyf sem styrkja öndunarfæraþekjuna. iPS frumur eru fjölhæfar stofnfrumur sem myndaðar eru með því að endurforrita líkamsfrumur. iPS frumur eru gagnlegar fyrir læknavísindin, t.d. í lyfjaþróun og til að auka skilning á sjúkdómsferlum. Bættar aðferðir við gerð frumnanna ásamt erfðabreytingatækni gera það að verkum að hægt er að rannsaka áður óaðgengilega vefi mannsins. Hægt er t.d. að nota iPSfrumur til þess að byggja upp öndunarfæraþekju sem líkir eftir þeim aðstæðum sem eru í líkamanum. Í þessu verkefni voru iPS frumur sérhæfðar í gegnum þroskunarbraut lungnaþekju, í gegnum innlag og lengra inn í slímhúð öndunarfæraþekjunar. Sérhæfðu iPS frumurnar voru settar á sérhæft lungnaæti á síum í loftvökvarækt (ALI), sem gaf af sér líkan af öndunarfæraþekju. Á mikilvægum tímapunktum í sérhæfingarferlinu var qPCR, mótefnalitunum og frumuflæðigreiningu (FACS) beitt til að skilgreina hversu vel sérhæfingarferlarnir gengu, og til að greina hversu hrein öndunarfæraþekja myndaðist. Niðurstöður gáfu til kynna að sérhæfingarferlarnir höfðu gengið vel og að öndunarfæraþekjan væri sýndarlagskipt að mestu. Niðurstöður mótefnalitunar sýndu auk þess að töluvert væri af lungnaforverafrumum í þekjunni. Þörf er á frekari rannsóknum til að greina betur hvort þessi aðferð geti gefið af sér nothæft líkan af öndunarfæraþekju.

Every day we breathe air that contains various substances that can irritate the respiratory epithelium. That means that the respiratory epithelium is under quite a lot of environmental stress since the inhaled air contains many germs and damaging compounds. This can be harmful to the respiratory system and most respiratory diseases involve cell aplasia. It is therefore very important to develop drugs that strengthen the respiratory epithelium. iPS cells are pluripotent stem cells that are created by reprogramming somatic cells. iPS cells are useful for medical science and improved methods for creating those cells as well as better genetic engineering make it possible to investigate human tissues that were inaccessible before. Today it´s possible to use iPS cells to constitute a respiratory epithelium that imitates the conditions found in the human body. Scientists have been using stem cells in the preparation of models and can cultivate lung progenitors derived from human stem cells. In this project iPS cells were differentiated along the developmental path for lung epithelium, through endoderm and further into mucociliary airway epithelium. The differentiated cells were placed on TransWell filters on specialized lung media in air-liquid culture (ALI), that gave a model of a respiratory epithelium. At important times in the differentiation process, qPCR, immunostaining and flow cytometric analysis (FACS) were used to define how well the differentiation process was going. Phenotypic analysis of the cells revealed among other things that the epithelium was mostly pseudostratified epithelium. Results of the immunostaining showed that there was quite a bit of NKX2-1 lung progenitor cells in the epithelium. More thorough research is needed to analyze better if this method can lead to a usable model of a respiratory epithelium.