Cercetătorii de la UCLA (University of California, Los Angeles) au reuşit să creeze mini-plămâni din celule stem, cu un sistem de vase de sânge complet funcţional, oferind noi perspective în cercetarea bolilor pulmonare şi testarea tratamentelor. Această reuşită promite să schimbe modul în care sunt studiate afecţiunile vasculare pulmonare, deschizând posibilităţi de dezvoltare a unor modele de organe vascularizate pentru diverse boli.
Este prima dată când oamenii de ştiinţă au reuşit să creeze plămâni miniaturali cu sisteme vasculare integrate, care reflectă în mod fidel modul în care plămânii se dezvoltă în organismul uman.
Acest progres deschide posibilitatea de a creşte şi alte modele de organe vascularizate, inclusiv intestine şi colon, oferind instrumentele necesare pentru studiul bolilor, testarea medicamentelor şi dezvoltarea tratamentelor personalizate.
„Stadiile iniţiale ale dezvoltării umane sunt încă un mister în multe privinţe. Această metodă nouă de vascularizare a organoizilor pulmonari contribuie la desluşirea acestui mister, reproducând mai bine procesul natural de dezvoltare a organelor”, a declarat autoarea principală, dr. Mingxia Gu, de la Eli şi Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research al UCLA, citată într-un comunicat.
Echipa de cercetători, care include experţi de la Cincinnati Children's Hospital Medical Center, a început deja să utilizeze acest model avansat de organoid, pentru a descoperi noi informaţii despre o boală pulmonară congenitală rară şi fatală care afectează nou-născuţii.
Echipa de la UCLA a demarat acest proiect la începutul pandemiei de Covid-19, într-un moment în care cercetarea în acest domeniu a cunoscut o evoluţie rapidă, atrăgând o atenţie fără precedent.
Profitând de experienţa în hipertensiunea pulmonară şi sistemele vasculare, dr. Gu a observat o lacună majoră în modelele convenţionale de organoizi de plămâni: acestea nu aveau reţele de vase de sânge esenţiale pentru funcţionarea plămânilor.
Pentru a rezolva această problemă, echipa a încercat iniţial abordarea convenţională, şi anume de a creşte componentele organului separat, utilizând markeri fluorescenţi roşu/verde, pentru a urmări diferitele tipuri de celule, pe care le combinau apoi într-o etapă ulterioară.
Celulele roşii trebuiau să devină vase de sânge, în timp ce celulele verzi trebuiau să devină ţesut pulmonar.
„Ne aşteptam ca reţelele vasculare să fie roşii şi epiteliul să fie verde, dar am descoperit, spre surprinderea noastră, că atât reţelele vasculare, cât şi epiteliul erau roşii, ceea ce înseamnă că ambele tipuri de celule se dezvoltau în acelaşi timp din acelaşi material iniţial”, a explicat Gu, care este şi conferenţiar universitar la catedra de anestezie şi medicină perioperatorie de la UCLA.
Această descoperire neaşteptată i-a determinat pe cercetători să renunţe la metoda convenţională, care nu surprindea momentul principal al dezvoltării simultane a plămânilor şi vaselor de sânge, şi să creeze o strategie care să imite mai fidel modul în care plămânii se formează în corpul uman.
Prin facilitarea creşterii simultane a ţesutului pulmonar şi a vaselor de sânge, mini-organele rezultate au demonstrat o diversitate mai mare a tipurilor de celule, o structură tridimensională mai bună, o supravieţuire celulară îmbunătăţită şi o dezvoltare mai matură comparativ cu modelele de organe crescute anterior în laborator.
Abordarea unor boli care au fost greu de studiat până acum
Echipa UCLA a început imediat să folosească modelele de mini-plămâni îmbunătăţite pentru a studia o boală pulmonară congenitală numită displazie capilară alveolară cu vene pulmonare nealiniate (ACDMPV). Această boală devastatoare, caracterizată prin probleme respiratorii severe, este cauzată de mutaţii ale genei FOXF1 şi nu are tratament.
Încercările anterioare de a studia această boală au eşuat din cauza faptului că gena defectuoasă afectează în principal vasele de sânge şi celulele de suport, componente care lipsesc din modelele convenţionale de organoizi.
Folosind noua metodă, cercetătorii au reuşit să recolteze celule stem de la pacienţi cu mutaţii FOXF1 şi să crească organoizi pulmonari vascularizaţi care au recreat atât defectele primare ale vaselor de sânge, cât şi anomaliile secundare ale ţesutului pulmonar care rezultă din acestea.
„Am vrut să arătăm cum acest nou sistem de organoid ne poate oferi un instrument puternic pentru a înţelege cum devin vasele de sânge specializate pentru diferite organe şi cum comunică diversele tipuri de celule între ele atât în timpul dezvoltării normale, cât şi în cazul bolii. Aceşti organoizi pulmonari vascularizaţi pot fi folosiţi pentru a studia orice boală vasculară pulmonară”, a explicat Gu.
Crearea unor organoizi care imită mai fidel structura organului natural
Chiar şi cu vasele de sânge integrate, aceşti organoizi pulmonari seamănă în prezent cu plămânii umani din stadiul fetal. Pentru a face aceşti mini-plămâni mai utili în cercetarea medicală, echipa intenţionează să introducă întindere mecanică şi expunere la aer - mimând forţele fizice ale respiraţiei - pentru a crea arhitectura plămânilor umani mai maturi.
De asemenea, echipa urmăreşte să mărească producţia pentru a genera loturi mari de astfel de organoizi avansaţi, destinaţi dezvoltării şi testării medicamentelor.
„Practic, oferim o nouă posibilitate de a înţelege comunicarea dintre celule în stadiile timpurii ale dezvoltării umane, un domeniu în care cunoştinţele noastre au fost limitate”, a mai menţionat Gu.
În acest fel, cercetătorii pot folosi mai eficient modelele de ţesut uman pentru a studia bolile, reducând în acelaşi timp dependenţa de modelele animale pentru dezvoltarea noilor medicamente.
Un articol care descrie în detaliu această reuşită a fost publicat în revista Cell.
Foto articol: Plămânul unui embrion de şoarece cu vasele de sânge (alb) şi sacii de aer (roz). Această nouă metodă de vascularizare a organoizilor pulmonari ar reduce dependenţa de modelele animale în cercetare. Credit: Hill Chang şi Yifei Miao, UCLA, 2 iulie 2025.
