Как развиваются легкие после первого вдоха вне матки? Какие клеточные события и изменения в раннем возрасте вызывают нарушение функции легких и заболевания? Чтобы ответить на эти вопросы, ученые создали первый одноклеточный атлас постнатального развития легких у человека и мыши.

Исследование может помочь обеспечить более детальное понимание — на уровне отдельных клеток — какие генетические и эпигенетические факторы влияют на здоровье легких на протяжении всей жизни человека, начиная с рождения.

Работа, недавно опубликованная в журнале Cell Genomics, была проведена группой исследователей из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл.

Анализируя образцы легочной ткани новорожденных и молодых людей и мышей, исследователи смогли получить представление о том, как определенные типы клеток в легких возникают и изменяются в детстве.

«Это уникальные образцы, о которых мы собрали информацию в период развития легких, который еще недостаточно изучен», — сказала первый автор Тху Элизабет Дуонг, врач-ученый в области детской респираторной медицины в Медицинской школе Калифорнийского университета в Сан-Диего и пульмонолог. в детской больнице Рэди в Сан-Диего. «Что интересно, так это возможность увидеть с разрешением одной клетки , что делают клетки легких на этой стадии развития».

Цель состоит в том, чтобы построить так называемую «справочную карту» легких человека. Такая карта послужила бы основой для понимания клеточных различий между здоровыми и больными легкими. Эта работа представляет собой небольшой шаг к созданию справочника для педиатрической популяции.

«Ваше респираторное здоровье формируется в зависимости от того, что происходит в первые годы жизни. Поэтому, когда что-то идет не так, мы можем вернуться к этим ранним годам, чтобы определить потенциальные причины заболевания», — сказал Дуонг.

«В случаях аномалии или заболевания легких мы можем увеличить масштаб и изучить, какие конкретные типы клеток отличаются от своих аналогов в здоровых образцах и каковы молекулярные пути, лежащие в основе этих изменений», — сказал Кун Чжан, профессор и заведующий кафедрой биоинженерии в Калифорнийский университет в Сан-Диего, который является старшим автором исследования. «Диагностика и лечение могут быть разработаны на основе отличий от эталонной карты».

Легкие являются важным барьером в организме. Они впускают и поддерживают баланс жизненно важных веществ, таких как кислород, удаляя при этом отходы, такие как углекислый газ. И фильтруют воздух, которым мы дышим. Исследователи надеются, что их результаты заложат основу для более глубоких исследований того, как факторы окружающей среды, такие как загрязнение воздуха и курение, влияют на здоровье и болезни легких на разных этапах жизни.

Чтобы построить свою карту, исследователи проанализировали посмертные ткани легких человека, которые были собраны в разные моменты времени, начиная с первого дня и до 9 лет после рождения. Исследователи также собрали образцы легочной ткани у мышей в соответствующие моменты времени от одного дня до почти одного месяца после рождения.

Исследователи использовали технологии секвенирования отдельных клеток следующего поколения, разработанные в лаборатории Чжана, для анализа отдельных ядер более чем 80 000 клеток легких человека и мыши вместе взятых.

С помощью этого анализа исследователи могли начать картировать пути развития различных типов клеток легких, включая клетки альвеолярного эпителия типа 1. Эти клетки жизненно важны для обмена газов кислорода и углекислого газа. Исследователи получили представление о том, как клетки альвеолярного типа 1 взаимодействуют с другими клетками, такими как миофибробласты, и как эта связь может играть роль в развитии альвеолярных клеток.

Исследование также выявило уникальную популяцию клеток фибробластов в легких человека, которая не наблюдалась у мышей. Эти фибробласты представляют собой клетки соединительной ткани , которые играют роль в растяжении легких. Исследователи также обнаружили состояния клеток в легких человека, которые присутствуют в раннем возрасте при рождении, но исчезают к 9 годам.

«Эти данные помогают нам понять, как возникают ключевые типы клеток в легких», — сказал Дуонг. «Мы надеемся, что это послужит ценным ресурсом для будущих исследователей легких».