Generation av 3D Hela Lungorganoider från inducerade pluripotenta stamceller för modellering av lungutvecklingsbiologi och sjukdom

Mänsklig lungutveckling och sjukdom har varit svår att studera på grund av bristen på biologiskt relevanta in vitro-modellsystem . Mänskliga inducerade pluripotenta stamceller (hiPSCs) kan differentieras stegvis i 3D multicellulära lungorganoider, gjorda av både epitelial och mesenchymala cellpopulationer. Vi rekapitulerar embryonala utvecklingsmässiga ledtrådar genom att tidsmässigt införa en mängd olika tillväxtfaktorer och små molekyler för att effektivt generera slutgiltig endoderm, främre foregut endoderm och därefter lung stamceller. Dessa celler är sedan inbäddade i tillväxtfaktor reducerad (GFR)-källare membranmatris medium, så att de spontant kan utvecklas till 3D lungorganoider som svar på externa tillväxtfaktorer. Dessa hela lungorganoider (WLO) genomgår tidiga lungutvecklingsstadier inklusive förgrening av morfenes och mognad efter exponering för dexametason, cyklisk AMP och isobutylxanthine. WLOs har luftvägsepitetelceller som uttrycker markörerna KRT5 (basal), SCGB3A2 (klubba) och MUC5AC (bägare) samt alveolar epitelceller som uttrycker HOPX (alveolar typ I) och SP-C (alveolar typ II). Mesenkymala celler finns också, inklusive glatt muskelaktin (SMA) och trombocyt-härledda tillväxtfaktorreceptor A (PDGFRα). iPSC-härledda WLOs kan bibehållas under 3D-odlingsförhållanden i många månader och kan sorteras för ytmarkörer för att rena en viss cellpopulation. iPSC härledda WLOs kan också användas för att studera mänsklig lungutveckling, inklusive signalering mellan lungepitelet och mesenkym, för att modellera genetiska mutationer på människans lungcellsfunktion och utveckling och för att bestämma cytotoxiciteten hos smittsamma medel.