Plataforma de laboratorio en vitro para simular la acción de los ionocitos en el epitelio de las vías respiratorias humanas


Resumen

Antecedentes

Los ionocitos pulmonares fueron descubiertos en el 2018 en el epitelio de las vías respiratorias como una pequeña población de células conducción iónica que expresan altos niveles de CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator), el gen mutado en la fibrosis quística. Al ofrecer una fuente inagotable de células epiteliales de las vías respiratorias (AEC), el uso de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC) podría superar ciertos desafíos en la investigación de los ionocitos. No obstante, producir AEC que contengan ionocitos a partir de hiPSC ha sido un desafío. Aquí se presenta una plataforma para generar AEC derivadas de hiPSC (hiPSC-AEC), incluyendo ionocitos, y se examina su función en el epitelio de las vías respiratorias.

Métodos

Se diferenciaron las hiPSC en progenitores pulmonares, se expandieron como organoides 3D y se maduraron mediante cultivo de interfaz aire-líquido para formar epitelios hiPSC-AEC polarizados. A través de la tecnología CRISPR/Cas9, se generó un knockout (KO) de hiPSC para FOXI1, un factor de transcripción crucial para la especificación de los ionocitos. La diferencia entre los hiPSC-AEC KO de FOXI1 y sus controles isogénicos de tipo salvaje (WT) se estudió analizando la expresión génica y proteica, la composición epitelial, la presencia y movilidad de los cilios, el pH y las propiedades de barrera transepitelial.

Resultados

Los epitelios maduros de hiPSC-AEC contenían células basales, secretoras, ciliadas con cilios móviles, células neuroendocrinas pulmonares (PNEC) e ionocitos. No se observaron diferencias entre los hiPSC WT y KO de FOXI1 en su habilidad para diferenciarse en progenitores de las vías respiratorias. Sin embargo, el KO de FOXI1 resultó en epitelios hiPSC-AEC maduros sin ionocitos y con menor capacidad de producir células ciliadas.

Conclusión

Nuestros hallazgos sugieren que los ionocitos podrían desempeñar un papel significativo en la regulación de las propiedades y la homeostasis del epitelio de las vías respiratorias, más allá de su función en el transporte de iones transepiteliales.

Fondo

En 2018 se identificaron los ionocitos pulmonares como una minoría destacada de células epiteliales de las vías respiratorias que expresan elevados niveles de canales iónicos y transportadores, incluyendo CFTR (regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística), la proteína mutada en la fibrosis quística (1,2,3). Por lo tanto, se ha propuesto la idea de que los ionocitos pueden jugar un papel crucial en la patogénesis de la fibrosis quística y comprender su función podría ser esencial para identificar nuevas terapias para esta condición y otros trastornos respiratorios. Hasta el momento, la información disponible sobre los ionocitos y su función en el epitelio de las vías respiratorias humanas es limitada. Los marcadores específicos para estas células incluyen FOXI1, alta expresión de CFTR, ASCL3 y STAP1 (2). También se ha observado que los ionocitos expresan niveles elevados de canales vatpasa y de calcio.2+

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