Istraživački tim je identifikovao potencijalni novi lek za intersticijsku bolest pluća, stanje koje pogađa oko 4,7 miliona ljudi širom sveta, i potvrdio njegove zaštitne efekte koristeći pluripotentne pluripotentne organoide pluća dobijene iz matičnih ćelija specifičnih za pacijente. Zajednički napor predvodili su profesori Masatoši Hagivara (Diplomski fakultet medicine, Univerzitet Kjoto) i Šimpei Goto (Odeljenje za kliničku primenu), a njihovi nalazi su objavljeni u časopisu iScience.
Intersticijska bolest pluća (ILD) je grupa bolesti uzrokovanih hroničnom upalom i fibrozom pluća. Takvo hronično oštećenje pluća je nepovratno i može izazvati ozbiljnu respiratornu insuficijenciju. Veliki izazov za prevazilaženje ILD je širok spektar uzročnih faktora, uključujući produženo izlaganje životne sredine opasnim materijalima, kao što je azbest, ili primarne bolesti, kao što su određeni autoimuni poremećaji. Štaviše, genetske studije su takođe identifikovale neke mutacije povezane sa ćelijama alveolarnog epitela tipa 2 (AT2) koje mogu izazvati progresivnu plućnu fibrozu.
Konkretno, mutacije u genima uključenim u metabolizam i funkcije surfaktanta, uključujući surfaktantni protein C (SFTPC), surfaktantni protein A1/A2 (SFTPA1/A2) i član 3 podfamilije ATP vezujuće kasete (ABCA3) su povezane sa ILD. Kritično je da mnoge mutacije u SFPTC genu uzrokuju pogrešno savijanje proteina, što dovodi do akumulacije i agregacije proteina, formiranja agrezoma i stresa endoplazmatskog retikuluma (ER).
U nedavnoj studiji, saradnički istraživački tim je iskoristio dva molekularna ILD fenotipa – ER stres i SFTPC agregaciju – da bi uspostavio ekran malih molekula za identifikaciju potencijalnih novih lekova za lečenje ILD i potvrdio efikasnost ovih novoidentifikovanih jedinjenja korišćenjem ILD indukovanog specifičnog za pacijenta. pluripotentne matične ćelije (iPSC) dobijeni plućni organoidi sa mutacijom SFTPC povezanom sa ILD. Kao rezultat njihovih istraživačkih napora, Criptotanshinone (CPT) je identifikovan kao pretpostavljeni terapeutski agens za ILD.
Istraživači su prvo dizajnirali primarni ekran malih molekula koristeći reporterski sistem zasnovan na KSBP1 spajanju, klasičnom indikatoru ER stresa, u HEK293 (ćelijska linija ljudskog embriona bubrega) koji izražava divlji tip ili ILD-povezani L188K mutant SFTPC. Nakon što je potvrdio da SFTPC mutacija indukuje različite markere ER stresa, tim je pregledao skoro 2.500 jedinjenja iz hemijske biblioteke Univerziteta Kjoto i identifikovao 65 kandidata jedinjenja koja bi mogla da preokrenu ER stres izazvan mutantnim proteinom SFTPC.
Tim se kasnije fokusirao na ove kandidate testiranjem njihove sposobnosti da smanje ER stres i agregaciju proteina SFTPC uzrokovanu drugom mutacijom (I104H) i na kraju odabrao četiri jedinjenja (#562, #775, #2035 i #2352) za detaljnu analizu koristeći iPSC -izvedene AT2 ćelije.
Istraživači su generisali iPSC linije iz uzorka krvi pacijenta sa ILD sa heterozigotnom mutacijom SFTPC I104H i „spašenom“ iPSC linijom kroz uređivanje genoma posredovano CRISPR/Cas9 (bez mutacije SFTPC I104H) i diferencirali ih u AT2 ćelije u vazduhu -tečni interfejs. Otkrili su da jedinjenje #2035 normalizuje akumulaciju mutantnog proteina SFTPC I104H na nivoe divljeg tipa u AT2 ćelijama dobijenim iz iPSC. Istraživački tim je dalje proučavao jedinjenje #2035, otkriveno kao CPT, zbog njegovih korisnih efekata u ćelijama HEK293 i A549 (plućna epitelna ćelijska linija) i otkrio da efikasno smanjuje agregate proteina i ćelijsku smrt uzrokovanu mutantom SFTPC I104H.
Konačno, istraživači su potvrdili efikasnost CPT-a koristeći in vitro model plućne fibroze koristeći alveolarne organoide zavisne od fibroblasta koji se sastoje od alveolarnih epitelnih ćelija izvedenih iz iPSC-a i humanih fetalnih fibroblasta pluća.
Oni su prvo identifikovali da alveolarne epitelne ćelije obolelih (SFTPC I104H) alveolarnih organoida pokazuju profil ekspresije gena koji je u skladu sa ILD, posebno upalom, fibrozom pluća i regulacijom genskih skupova povezanih sa savijanjem proteina. Primetno, nisu primećene značajne promene profila ekspresije gena u fibroblastima ovih alveolarnih organoida, što ukazuje da promene u alveolarnim epitelnim ćelijama nisu bile dovoljne da izazovu odgovor fibroblasta.
Najvažnije je da su istraživači primetili CPT tretman mutantnih alveolarnih organoida kako bi se smanjila ekspresija ITGB6, gen koji kodira epitelno-specifičan receptor koji je tipično regulisan kao odgovor na povredu epitela, što sugeriše da ovo novo identifikovano jedinjenje ima blagotvorne efekte na mutantne AEC povezane sa ILD. Odvojeno, CPT je pokazao značajne zaštitne efekte na alveolarne organoide podvrgnute tretmanu bleomicinom, hemoterapijskim lekom za koji se zna da izaziva oštećenje pluća, koji se koristi za poboljšanje povrede alveolarnih epitelnih ćelija.
Korišćenjem iPSC-ova specifičnih za pacijente, istraživački tim je preciznije modelirao patologiju ILD i potvrdio efikasnost CPT-a, identifikovane skriningom visoke propusnosti, za lečenje ILD. Iako je potreban dalji rad, CPT predstavlja kandidatsku strategiju lečenja ILD, pošto su ograničene terapijske opcije koje su trenutno dostupne uglavnom fokusirane na smanjenje fibroze. CPT, nasuprot tome, deluje direktno na alveolarne epitelne ćelije, koje su uključene u ranim stadijumima ILD i stoga mogu biti još bolji u sprečavanju progresije ILD.
