Oct 26, 2023
조상 식별 및 SARS
자연 588권, 페이지
Nature 588권, 670~675페이지(2020)이 기사 인용
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측정항목 세부정보
원위 폐에는 가스 교환을 촉진하는 말단 세기관지와 폐포가 있습니다. 3차원 체외 인간 원위 폐 배양 시스템은 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)로 인한 간질성 폐 질환, 암 및 코로나바이러스 질환 2019(COVID-19) 폐렴과 같은 병리학의 조사를 강력하게 촉진할 것입니다. 여기서 우리는 단일 성인 인간 폐포 상피 유형 II(AT2) 또는 KRT5+ 기저 세포에서 파생된 오르가노이드로 원위 폐 전구세포를 위한 장기간 피더가 없고 화학적으로 정의된 배양 시스템의 개발을 설명합니다. AT2 오가노이드는 AT1 세포로 분화할 수 있었고, 기저 세포 오가노이드는 분화된 곤봉 세포와 섬모 세포가 늘어선 내강을 발달시켰습니다. 기본 오가노이드의 KRT5+ 세포에 대한 단일 세포 분석에서는 ITGA6+ITGB4+ 유사분열 세포의 뚜렷한 집단이 밝혀졌으며, 이 세포의 자손은 KRT5+ 기저 세포의 약 10%를 구성하는 TNFRSF12Ahi 하위 분획으로 추가로 분리되었습니다. 이 하위 집단은 말단 세기관지 내에 클러스터를 형성하고 농축된 클론 생성 유기체 성장 활성을 나타냈습니다. 우리는 노출된 외부 표면에 ACE2를 제시하고 SARS-CoV-2에 의한 AT2 및 기저 배양의 감염을 촉진하고 클럽 세포를 표적 집단으로 식별하기 위해 정점-아웃 극성을 갖는 원위 폐 오가노이드를 만들었습니다. 인간 원위 폐 오가노이드의 장기간 피더 없는 배양은 단일 세포 분석과 결합되어 기저 세포 간의 기능적 이질성을 식별하고 코로나19 관련 폐렴을 포함한 인간 원위 폐 감염에 대한 손쉬운 시험관 내 오가노이드 모델을 확립합니다.
원위 폐는 염증성, 신생물성 또는 코로나19 폐렴과 같은 감염성 질환으로 인해 손상될 수 있는 필수 호흡 기능을 수행합니다. 이러한 조건에 대한 연구는 인간 세포를 기반으로 한 강력한 시험관 내 모델에 의해 촉진될 것입니다. 인간 수명에 걸쳐 생체 내에서 말단 폐 상피를 재생하는 줄기 세포의 정체는 이들 종 간의 차이에도 불구하고 마우스 연구를 통해 추론되었습니다1. 인간의 경우 기저 줄기 세포는 기도 나무 전체에 걸쳐 있는 반면, 마우스에서는 클럽 세포2 및/또는 분비글로빈 1A1(SCGB1A1) 발현 비클럽 세포3가 노화 동안 원위 세기관지를 재생합니다. 가스 교환 영역에서 마우스 폐포 상피 유형 II(AT2) 세포는 항상성 동안 AT1 및 AT2 세포를 생성하고 심각한 부상3,6,7,8,9에 대응하여 추가적인 전구 세포가 모집됩니다. 인간 폐에서 임의 전구 세포의 존재 및/또는 역할은 알려져 있지 않습니다. 인간 AT2 세포는 AT1 세포로 분화될 수 있지만 이러한 배양은 수명이 짧고 장기적인 자가 재생을 나타내지 않거나 질병 모델링을 위한 확장을 가능하게 하지 않습니다4,10,11; 또한 피더 셀에 대한 요구 사항은 특정 틈새 구성 요소의 정의를 방해합니다. 우리는 AT2 및 기저 줄기 세포를 포함한 인간 폐의 원위 장기 오가노이드 배양을 확립했으며 이 시스템을 사용하여 기능성 전구 세포를 검증하고 SARS-CoV-2 감염을 모델화했습니다.
우리는 콜라겐 / 라미닌 세포 외 기질 (ECM)에서 136 명의 개체로부터 원위 인간 폐 전구 세포의 클론 확장을 지원하기 위해 중간 조건을 경험적으로 정의했습니다 (그림 1a, 보충 표 1). EGF와 BMP 길항제 NOGGIN은 함께 분리된 원위 폐 세포 또는 정제된 상피 분획의 성장을 지원했습니다(확장 데이터 그림 1a-c). 단일 세포(확장 데이터 그림 1d-g)는 SFTPC+HTII-280+ AT2 낭포성 오르가노이드(그림 1b-e) 또는 기저 세포 마커 KRT5(그림 1b, f-h)를 발현하는 KRT5+ 고체 오르가노이드로 확장되었습니다.
ㅏ. 인간 원위 폐 D14(14일차) 오가노이드 배양물에는 낭성 및 고체 오가노이드가 포함되어 있습니다. 왼쪽 하단, 명시야; 오른쪽은 헤마톡실린과 에오신(H&E)입니다. 스케일 바, 100μm. b, 항-KRT5(기저 세포), 항-SFTPC(AT2 세포) 및 항-SCGB1A1(클럽 세포) 항체를 사용한 전체 마운트 면역형광. 스케일 바, 100μm. c–e, D32의 폐포 유기체. c, 낭성 AT2 오르가노이드. 그; 스케일 바, 25μm. d, 항-SFTPC, 항-HTII-280, 팔로이드(Ph) 및 DAPI에 대한 전체 마운트 면역형광; 스케일 바, 50μm. e, d에 인접한 섹션의 Anti-KI67 및 DAPI 형광. f–h, D32의 기본 오르가노이드. f, H&E; 스케일 바, 50μm. g, 항-KRT5 및 DAPI에 대한 전체 장착 면역형광법; 스케일 바, 100μm. h, g에 인접한 섹션의 항-KI67 및 DAPI 면역염색. i-k, D28의 전체 원위 폐 오르가노이드의 단일 세포 RNA-seq. i, AT2, 기초 및 클럽 집단을 보여주는 7,285개 개별 세포의 t-분산 확률적 이웃 임베딩(t-SNE) 플롯. j, SFTPC(AT2), KRT5(기저) 및 SCGB1A1(클럽)의 발현. k, SFTPC(AT2), KRT5(기저) 및 SCGB1A1(클럽)의 발현에 대한 특징 도표. l–p, Clonogenic AT2 유기체 배양. l, D180에서 AT2 오가노이드의 명시야 현미경 검사법; 스케일 바, 200μm. m, l에서와 같이 배양물로부터 H&E 염색; 스케일 바, 50μm. n, D32에서 AT2 오르가노이드의 투과전자현미경. LB, 라멜라체; 스케일 바, 5μm. o, p, D32(o)에서 AT2 오르가노이드의 면역형광; 추가로 10일 동안 유리 위에서 배양하면 AT1 세포로의 분화가 유도됩니다(p). 항-HTI-56(AT1) 및 항-HTII-280(AT2)에 대한 면역형광; 스케일 바, 50μm. q, 누적 배양의 D89에 있는 2,780개의 AT2 오르가노이드 세포의 scRNA-seq 특징 플롯.