Клетки в легких мышей продуцируют большинство кровяных телец и могут заменить генерирующие кровь клетки в костной ткани.
С помощью видеомикроскопического прибора, вживленного в легкие живой мыши, ученые UC San Francisco выяснили, что легкие участвовали в процессе продуцирования крови; раньше об этом известно не было.
Исследовательские материалы опубликованы 22 марта 2017 года в издании Nature. Ученые обнаружили, что в легких мышей продуцируется больше половины тромбоцитов – кровяных телец, благодаря котором кровь свертывается. В другом исследовании, им неожиданно удалось найти в легких стволовые клетки крови, которые могут возобновлять продуцирование кровяных телец, когда запасы стволовых клеток в костном мозге истощены.
«Это открытие определенно даёт более сложный взгляд на легкие – они не только для «вентиляции», но и для формирования важнейших элементов крови», — говорит пульмонолог Марк Р. Луни, доктор и профессор медицины и лабораторной медицины в UCSF и один из главных авторов исследования. «Процессы, которые мы зафиксировали в телах мышей, вполне могут повторяться и у человека».
Это исследование может значительно повлиять на понимание болезней, во время которых у человека пониженное количество тромбоцитов – тромбоцитопения, — от которой страдают миллионы людей, ежедневно боясь случайно порезаться и вызвать неконтролируемое кровотечение. В работе также поднимаются вопросы о том, как кровяные стволовые клетки, «живущие» в легких могут повлиять на реципиентов легочной трансплантации.
Такое подробное исследование легких стало возможным благодаря технике, известной как двухфотонная прижизненная визуализация. Её создатели – доктор Луни и его соавтор, Мэттью Ф. Краммел, профессор патологии в UCSF . Такая визуализация позволяет ученым заниматься очень деликатной задачей – наблюдением за клетками в крошечных кровяных сосудах легких живой мыши.
Луни и его команда использовали эту технику, чтобы исследовать взаимодействия между иммунной системой и тромбоцитами, циркулирующими в легких. Для этого они вывели специальный штамм мышей, у которых тромбоциты светились зеленым. Ученые удивились тому, как много мегакариоцитов – клеток, от которых «отслаиваются» тромбоциты, собственно, их фабрики – находится в легких. О том, что они есть в легких, ученые знали давно, но думали, что одну из основных функций – выработку тромбоцитов – они исполняют в костном мозге.
«Когда мы обнаружили такое количество мегакариоцитов, живущих в легких, мы поняли, что должны взглянуть на это повнимательнее, — говорит доктор Эмма Лафрансис, исследовательница в лаборатории Луни и первый соавтор нового исследователя.
Более детальные визуализационные сессии показали, что мегакариоциты в легких работают настолько активно, что продуцируют 10 миллионов тромбоцитов в час. Поэтому ученые полагают, что в легких, а не в костном мозге вырабатывается большая часть тромбоцитов организма мыши. Эксперименты с видеомикроскопией также показали, что примерно 1 миллион клеток-предшественников и стволовых клеток все это время тихонько жили, незамеченные, в сосудах корней легких мыши.
Ученые выяснили, что стволовые клетки крови из легких могут восстановить поврежденный костный мозг
Обнаружив мегакариоциты и стволовые клетки крови в легких, ученые задумались о том, как эти клетки перемещаются между легкими и костным мозгом. Чтобы ответить на этот вопрос, ученые сконструировали серию экспериментов с трансплантацией легких.
В первом они трансплантировали легкие обычной мыши-донора в мышь-реципиента с флуоресцентными мегакариоцитами. Выяснилось, что мегакариоциты мыши-реципиента вскоре начали внезапно возвращаться в сосуды корней легких. Это позволило предположить, что мегакариоциты, продуцирующие тромбоциты, раньше находились в костном мозге, но после «переехали» в легкие.
«Потрясающе, что мегакариоциты «путешествуют» из костного мозга в легкие, чтобы продуцировать тромбоциты, — говорит Ортиз-Мунос из Гваделупы, ученый в лаборатории Луни и очередной соавтор исследования. – Возможно, именно легкие – идеальный биореактор для продуцирования тромбоцитов из-за механической силы крови, или другого молекулярного взаимодействия, о котором мы еще не знаем».
В другом эксперименте ученые трансплантировали легкие мыши-донора с флуоресцентными клетками-предшественниками мегакариоцитов в мутантную мышь-реципиента с низким уровнем тромбоцитов. Трансплантация спровоцировала вспышку выработки флуоресцентных тромбоцитов – те быстро восстановили нормальный уровень, сохранявшийся пару месяцев – гораздо дольше, чем продолжительность жизни отдельных мегакариоцитов или тромбоцитов. Это означало, что клетки-предшественники мегакариоцитов активизировались из-за низкого уровня тромбоцитов мыши-реципиента; чтобы вернуть здоровое положение вещей, они начали продуцировать новые мегакариоциты.
И, наконец, ученые трансплантировали здоровые легкие из мыши с «тэггированными» флуоресцентными клетками в мышь-мутанта, в костном мозге которой не доставало стволовых клеток крови. Анализ костного мозга реципиента вскоре показал, что флуоресцентные клетки из легких, оказавшись в ее организме, отправились в поврежденный костный мозг и активировали не только производство тромбоцитов, но и других клеток крови, отвечающих за поддержание иммунитета – например, нейтрофилы,
Т — и В-лимфоциты. Результаты опыта натолкнули на мысль о том, что легкие, на самом деле, служат «домом» для огромного количества клеток-предшественников, способных восстановить костный мозг и активировать выработку многих компонентов крови.
«Насколько нам известно, это первое описание кровяных клеток-предшественников в легких. Это открытие вынуждает задавать множество вопросов о его клинической значимости для миллионов людей, болеющих тромбоцитопенией», — говорит Луни, который также работает в пульмонологической консультации и отделениях интенсивной терапии в UCSF.
Луни сообщает: те, кто собираются попробовать лечить болезни, связанные с выработкой тромбоцитов с помощью тромбоцитов из искусственно созданных мегакариоцитов, обязательно должны рассмотреть легкие как дополнительный ресурс. Исследование также открывает новые пути исследования для биологов стволовых клеток: они, например, могут выяснить, как костный мозг и легкие «сотрудничают», взаимно обмениваясь стволовыми клетками, чтобы создать здоровую систему кровообращения.
«Эти наблюдения – новый взгляд на существующую парадигму, описывающую выработку кровяных телец, легочную биологию, болезни и трансплантацию, — говорит пульмонолог Гай А. Циммерман, деканом факультета Внутренней медицины в Школе Медицины Университета Юты.
Он и сделал обзор исследования для Nature. – Естественно, открытия важны для медицины. Их сопровождает множество вопросов – поводов для последующих исследований – о генезисе тромбоцитов и функции мегакариоцитов при воспалении лёгких – или любых других воспалительных процессах, кровотечениях и тромбах, трансплантациях и т.д.»
То, что стволовые клетки крови и клетки-предшественники, похоже, путешествуют между легкими и костным мозгом, для многих исследователей – свидетельства того, что стволовые клетки могут быть намного более активными, чем они думали, говорит Луни. «Мы видим, что стволовые клетки, продуцирующие кровь не просто живут в одном месте – они передвигаются по кровяному потоку. Возможно, это такое «обучение заграницей» — часть обыкновенной образовательной программы для стволовых клеток».
