实验室肺：肺器有机体对健康和疾病的影响

肺病是一个主要的公共卫生问题。然而，在实验室环境中开发可翻译的人肺系统的挑战受到了研究。UCSD和美国圣地亚哥的UCSD和Rady儿童医院的新生儿学家和医师科学家博士博士正在研究肺部发育和疾病机制。为此，她开发了干细胞源性肺器有机体，微型肺部，可在实验室中生长并用于重新创造肺部疾病，测试新药，了解有关肺部发育的更多信息。

肺病是美国死亡的第四个主要原因。该疾病包括呼吸窘迫综合征，COPD，哮喘，肺癌，肺气肿和感染等疾病，如流感，肺炎和结核病。为了了解更多关于这些疾病，科学家需要能够在实验室中重建人类肺部。然而，在实验室环境中研究肺部存在许多挑战，包括模仿肺部在真实环境中经历的3D方向，蜂窝架构和血液供应。

肺器有机体
术语“有机体”用于描述在实验室中人工生长的更大器官的微型，完全形成的版本，但与真实器官非常相似。有机体衍生自干细胞 - 细胞，具有不同能力，分化为身体中的任何种类的专用细胞类型。在有机体中，干细胞分化为与相应器官非常相似的器官特异性细胞类型，并且能够重新创建真实器官将具有的一些相同的功能。有几种类型的有机体已经在研究项目中具有特征，包括肠道，肝脏和神经有机体。

美国UCSD和USDOG的UCSD和Rady Childsher医院的新生儿学家和医生科学家博士博士正在调查这一点。她的目的是创造源自干细胞的肺器，可用于研究肺部发育和疾病。这些有机体甚至含有许多将在真正的肺中发现的相同细胞类型。

莱博尔博士和她的团队已经使用了有机体来纠正遗传突变，解释细胞信号并鉴定对肺部发育很重要的生物标志物。它们还能够用各种不同的病毒感染有机体，以研究病毒使用的机制感染肺细胞，并寻找可用于打击肺部感染的潜在疗法。

为了了解更多关于这些疾病，科学家需要能够在实验室中重建人类肺部。

肺器有机体的一个好处是它们可以与其衍生自衍生的细胞的患者具体匹配。诱导的多能干细胞可以从皮肤或血细胞重新编程，并保留特定供体的遗传印记，这意味着疗法可以是个性化的，以满足患者的个性化的个性需求。

在实验室中产生肺器官
此前，难以研究从胎儿到新生婴儿的过渡到肺部的发展。然而，莱比埃尔博士和同事能够描述一种方法，可以用于创造从人干细胞中模拟肺部的开发和功能的3D结构。

细胞甚至分化为不同类型的专用肺细胞。这些专用细胞包括纤毛细胞，其作为微型刷子，扫描和携带任何吸入的颗粒或可能的病原体，分泌细胞，其产生粘液和专用的免疫分子，以及生产表面活性剂的肺泡细胞，这些细胞在肺并防止肺泡塌陷（肺中微小的气囊）。

为了创造这些有机体，莱比尔博士使用了两种人干细胞，两者都可以在实验室中生长：诱导多能干细胞和胚胎干细胞。胚胎干细胞衍生自胚泡，在卵子受精后3-5天形成3-5天的细胞中空球，并且有可能分化为身体（多能性）的每种细胞类型，取决于指令他们从他们的环境中收到。诱导多能干细胞是通过将组织特异性细胞转化为表现为胚胎干细胞的细胞来设计的细胞，即它们再次成为多能。

在将它们转移到它们可以生长到3D结构的系统之前，首先在2D基质上生长干细胞。如果有机体能够维持该3D结构，则产生表面活性剂的细胞发生，并且如果有机体暴露于空气液体界面，则纤毛和脚杯细胞发生。莱比莱博士解释说，这一整个过程大约需要35天，因此需要谨慎的规划。事实上，她的研究团队已经致力于使该过程更加自动化，劳动密集型更高并产生更高的吞吐量。

这些肺器有机体有无穷无尽的用途，包括研究环境因素，肺部感染，或测试新药和新疗法治疗肺病的疗效和安全性。

还有可能从具有各种种族背景，年龄和易疾病的各种各样的个体中衍生出诱导的多能干细胞。这将使能够开发各种肺器有机体，然后可以使用，例如，探讨人们对病毒呼吸道感染不同的原因，或者测试新药对不同患者组的疗效。

肺器有机体在实践中
表面活性剂蛋白B（SP-B）是肺表面活性剂中发现的蛋白质;它重新排列在肺部流体中的其他分子，以允许肺泡和肺更容易地膨胀。缺乏SFTPB，与SP-B相关的基因导致严重的肺条件，包括早产婴儿的呼吸窘迫综合征。SFTPB缺陷也可能对新出生的术语婴儿致命。它是一种通常导致呼吸衰竭的遗传性疾病，在生命的第一年需要肺部移植。

莱比勒博士发表了作品，表明这种致死的肺病可以在实验室中的人肺器官中靶向和矫正。为此，科学家首先需要使用来自SFTPB缺乏的患者的诱导多能干细胞来生长肺器有机体。然后，它们使用特殊设计的病毒，称为Lentivirus，将SFTPB所需的基因转移到SFTPB缺陷的干细胞中。在此步骤之后，研究组能够表明除了功能性表面活性剂的细胞之外，还通过有机体的细胞产生SP-B蛋白。

Leibel博士梦想能够将改变的肺细胞移植到患者身上。

然而，将在真正的肺部（例如血管和免疫细胞）中发现的一些细胞不存在于有机体中，表明还有更多的工作要做。此外，虽然这种基因治疗方法在实验室种植的肺部成功，但尚不清楚这将如何转化为人类受试者。

然而，这提出了一种有希望的方法，可以应用于其他遗传肺疾病，如囊性纤维化。

对未来的愿景
Leibel博士梦想能够将改变的肺细胞移植到患者身上。这有可能预防或治愈疾病。例如，如果在引起疾病的人的肺细胞中存在突变，则可以用遗传术遗传的突变的新肺细胞替换缺陷细胞，这意味着该人不太可能产生肺病。

最终，人肺器官平台可用于研究遗传肺病，并调查基因治疗的使用以固定突变或引入新突变以管理疾病。此外，有机体可用于测试新药，并更多地了解肺部发育和疾病的机制。