Generering av 3D Hele lungeorganoider fra induserte pluripotente stamceller for modellering av lungeutviklingsbiologi og sykdom

Menneskelig lungeutvikling og sykdom har vært vanskelig å studere på grunn av mangel på biologisk relevante in vitro-modellsystemer . Menneskeskapte pluripotente stamceller (hiPSCer) kan differensieres trinnvis i 3D multicellulære lungeorganoider, laget av både epitel- og mesenchymale cellepopulasjoner. Vi rekapitulerer embryonale utviklingssignaler ved å bevisst introdusere en rekke vekstfaktorer og små molekyler for effektivt å generere definitiv endoderm, fremre foregut endoderm, og deretter lunge forfedre celler. Disse cellene er deretter innebygd i vekstfaktor redusert (GFR) -kjeller membran matrise medium, slik at de spontant kan utvikle seg til 3D lunge organoider som svar på eksterne vekstfaktorer. Disse hele lungeorganoidene (WLO) gjennomgår tidlige lungeutviklingsstadier, inkludert forgrening av morfogenese og modning etter eksponering for deksametason, syklisk AMP og isobutylxanthine. WLOer har epitelceller i luftveiene som uttrykker markørene KRT5 (basal), SCGB3A2 (klubb) og MUC5AC (beger) samt alveolar epitelceller som uttrykker HOPX (alveolar type I) og SP-C (alveolar type II). Mesenchymale celler er også til stede, inkludert glatt muskel actin (SMA), og blodplate-avledet vekstfaktor reseptor A (PDGFRα). iPSC-avledede WLOer kan opprettholdes under 3D-kulturforhold i mange måneder og kan sorteres for overflatemarkører for å rense en bestemt cellepopulasjon. iPSC-avledede WLOer kan også brukes til å studere menneskelig lungeutvikling, inkludert signalering mellom lungeepitelet og mesenchyme, for å modellere genetiske mutasjoner på menneskelig lungecellefunksjon og utvikling, og for å bestemme cytotoksisiteten til infektive midler.