Durante más de 20 años, los científicos que lideran este trabajo han buscado una forma de injertar células en tejidos pulmonares lesionados con el objetivo de regenerar las vías respiratorias o los alvéolos pulmonares. Sospechaban que para que el injerto fuera duradero y funcional sería importante reconstituir los “compartimentos” madre o progenitores del pulmón, también conocidos a veces como nichos de células madre. Se concentraron primero en desarrollar métodos para diseñar cada una de las células madre o progenitoras del pulmón en el laboratorio utilizando células madre pluripotentes, y luego desarrollaron métodos para trasplantar estas células en modelos experimentales de ratones con pulmones lesionados.

En su estudio “Reconstitución de células madre de las vías respiratorias mediante trasplante de células basales derivadas de células madre primarias o pluripotentes”, los investigadores del CReM se centran en las vías respiratorias pulmonares. Estas vías respiratorias están revestidas por un epitelio que tiene células madre bien descritas llamadas “células basales”, que son responsables de mantener estas vías respiratorias durante toda la vida.

“Al diferenciar el modelo experimental y las células madre pluripotentes humanas en células basales de las vías respiratorias en la placa de laboratorio, pudimos utilizar estas células para reconstituir el compartimento de células madre de las vías respiratorias modelo lesionadas in vivo (en tejido vivo). Esto dio como resultado un injerto de por vida de las células basales diseñadas en un modelo inmunocompetente. Debido a que las células injertadas como células basales, las células madre normales de las vías respiratorias, pudieron autorrenovarse o hacer copias de sí mismas dividiéndose y también dando lugar a otros tipos de células que juntas forman un epitelio funcional de las vías respiratorias”, explicó el autor correspondiente. Darrell Kotton, MD, profesor de medicina David C. Seldin en la Facultad de Medicina Chobanian & Avedisian de la Universidad de Boston y director del CReM.

En su segundo artículo, “Injerto alveolar duradero de células epiteliales pulmonares derivadas de PSC en ratones inmunocompetentes”, los investigadores del CReM se centraron en los sacos de aire de los pulmones, conocidos como alvéolos. Kotton y su equipo desarrollaron métodos para injertar células diseñadas en los alvéolos, la región del pulmón responsable del intercambio de gases. Las células injertadas formaron ambos tipos de células alveolares, llamadas neumocitos tipo 1 y tipo 2. Dado que los neumocitos tipo 2 actúan como progenitores de los alvéolos pulmonares durante toda la vida, la formación de nuevos neumocitos tipo 2 a partir de sus células genéticamente trasplantadas garantizó que las células se autorenovaran y diferenciaran para mantener los alvéolos pulmonares durante mucho tiempo.

Los investigadores creen que la reconstitución de células madre y progenitoras del pulmón en las vías respiratorias y los alvéolos utilizando células diseñadas a partir de células madre pluripotentes es un hallazgo importante con muchas implicaciones para el tratamiento futuro de enfermedades pulmonares que implican lesiones, degeneración o mutaciones. "Dado que las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) se pueden generar a partir de la sangre o la piel de cualquier individuo mediante una tecnología llamada reprogramación, esperamos que este trabajo ayude a allanar el camino hacia el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos en los que se puedan producir iPSC a partir de cualquier paciente con enfermedad pulmonar, diferenciadas en células madre de pulmón en el laboratorio y utilizadas para trasplantes para reconstituir las vías respiratorias sanas y los tejidos epiteliales alveolares de una manera duradera y funcional”, dijo Martin Ma, primer autor del primer artículo y MD de la BU. Estudiante de doctorado en el laboratorio de Kotton.

Para aquellos que padecen enfermedades pulmonares genéticas, como fibrosis quística y discinesia ciliar primaria, es posible editar genéticamente las iPSC en el laboratorio antes del trasplante, lo que significa que las células recién injertadas habrán corregido su mutación genética y deberían estar libres de enfermedades. . “Dado que estas células serán las del propio paciente y se diferenciarán sólo en el gen corregido, en teoría no deberían rechazarse después del trasplante a ese paciente, evitando así cualquier necesidad de inmunosupresión, como hemos demostrado en nuestras dos pruebas de- Concepto de estudios de trasplante singénico en modelos experimentales inmunocompetentes”, añadió Michael Herriges, PhD, primer autor del segundo artículo y becario postdoctoral en el laboratorio de Kotton.

Según Kotton, estos artículos representan la culminación de 20 años de investigación. "Si bien el tratamiento de enfermedades pulmonares como el enfisema, la fibrosis pulmonar y la COVID-19 requerirá mucha más investigación, tenemos la esperanza de que aquellos con mutaciones genéticas que causan daño a las vías respiratorias o alvéolos pulmonares, como niños o adultos con formas familiares de enfermedad pulmonar , podría tratarse en el futuro con este tipo de enfoque”.