چگونه سلول های ایمنی اولین نفس های ما را شکل می دهند

چگونه سلول های ایمنی اولین نفس های ما را شکل می دهند -در مطالعه‌ای که اخیراً در مجله  Science Immunology منتشر شده است ، محققان منشأ و تمایز بعدی سلول‌های ایمنی جنینی و ایمنی جنینی را در طول رشد ریه انسان شرح می‌دهند.

ما در حال حاضر در مورد رشد ایمنی جنین چه می دانیم، و چرا این کافی نیست؟

تحقیقات قبلی به طور گسترده ای عملکرد سلول های ایمنی را در بازسازی، حفظ هموستاز، به ویژه در روده و بیضه، و رشد بافت بدنی ثبت کرده است.

 مطالعات با هدف توضیح ساختار، زیرگروه ها و عملکرد سلول های اپیتلیال و مزانشیمی انجام شده است.

 با این حال، شکافی در درک محققان از فرآیندها و نقش های عملکردی سلول های ایمنی ریه وجود دارد.

سلول های ایمنی برخی از حیاتی ترین سلول هایی هستند که مسئول بقای نوزاد از بدو تولد به بعد هستند.

 با توجه به دفاعی که سلول‌های ایمنی مخاطی مرتبط با ریه در برابر پاتوژن‌های موجود در هوا و سموم استنشاقی ارائه می‌کنند، کمبود ادبیات فعلی در این زمینه شگفت‌آور است.

 توضیح احتمالی برای این شکاف در ادبیات ممکن است به دلیل ماهیت پیچیده تمایز سلولی در طول رشد جنینی و فقدان تاریخی تکنیک‌هایی باشد که قادر به ردیابی ایمن این تمایزات در طول بارداری باشند.

سوال مهمی که بی پاسخ باقی مانده است این است که آیا سلول های ایمنی ممکن است عملکردی فراتر از دفاع داشته باشند – آیا می توانند بر رشد بافت هایی که در آن ساکن هستند تعدیل کنند یا به شکل دیگری بر رشد آنها تأثیر بگذارند؟

 پاسخ به این سوال و سوالات مشابه مربوط به رشد ریه انسان در هر دو سطح سلولی و مولکولی ممکن است منجر به پیدایش مداخلات بالینی جدیدی شود که برای ترمیم و بازسازی ریه‌ها طراحی شده‌اند و در نتیجه میلیون‌ها یا حتی صدها میلیون بیمار جایگزینی برای پیوند ریه می‌دهند.

تحقیقات قبلی مورفولوژی رشد ریه انسان را مشخص کرده و این فرآیند را به پنج مرحله با هم تداخل دارند.

 اینها شامل مرحله جنینی بین 4 تا 7 هفته پس از لقاح (pcw)، مرحله شبه غندولار بین 5 تا 17 pcw، مرحله کانالی بین 16 تا 26 pcw، مرحله ساکولار بین 24 تا 38 pcw، و مرحله آلوئولار از 36 pcw است. pcw تا 21 سالگی

سه مرحله اول، به طور خاص بین 5 تا 22 pcw، کمترین دوره رشد ریه را نشان می‌دهند، علیرغم اینکه در مجموع تکامل سلول‌های بنیادی اپیتلیال را به ریه‌های تقریباً کاربردی پوشش می‌دهند.

در مورد مطالعه

مطالعه حاضر با هدف ارزیابی پیشرفت زمانی سیستم ایمنی جنین و روشن کردن نقش بالقوه آن در تعدیل رشد ریه جنینی انجام شد.

 نمونه های جنین و جنین انسان از کمک هزینه مشترک MRC/Wellcome Trust منابع زیست شناسی رشد انسانی (HDBR) به دست آمد.

حاملگی های خاتمه یافته بین 5 تا 22 pcw برای به دست آوردن بافت ریه تازه با رضایت کتبی از اهداکنندگان استفاده شد.

 تجزیه و تحلیل کاریوتیپی برای اطمینان از اینکه نمونه های وارد شده عاری از ناهنجاری های ژنتیکی بوده و نشان دهنده رشد جنینی انسان “معمولی” هستند، انجام شد.

ایمونوهیستوشیمی (IHC) بافت های ریه برای اعتبارسنجی انواع و کمیت سلول های ایمنی در سه مرحله اول رشد ریه جنینی استفاده شد.

 تجزیه و تحلیل IHC بیشتر به ارزیابی مکان سلول‌های ایمنی مشاهده‌شده و تغییرات آن‌ها از ۵ تا ۲۲ pcw کمک کرد.

برای بهبود دقت و قابلیت اطمینان کمی سازی سلول های ایمنی، کمی سازی سه بعدی (3 بعدی) با استفاده از میکروسکوپ کانفوکال و سپس تجزیه و تحلیل نرم افزار Imaris انجام شد.

 تصاویر سه بعدی محاسبه شده در هر نقطه زمانی در طول مدت مطالعه با تصاویر دو بعدی مقایسه شدند.

هضم بافت ریه و به دنبال آن فلوسیتومتری و مرتب‌سازی سلولی فعال شده با فلورسانس (FACS) برای اعتبارسنجی تخمین‌های کمی IHC، روشن کردن نسبت‌های نسبی CD3 ⁺ ، CD4 ⁺ ، CD8 ⁺ و سلول‌های T تنظیمی ( _Tregs ) به عنوان نسبتی از CD45 استفاده شد.

 جمعیت برای همان مرحله رشد، و مرتب سازی سلول های CD45 ⁺ به عنوان پیش ساز توالی اسید ریبونوکلئیک تک سلولی (RNA) (scRNA-sq).

علاوه بر این، scRNA-sq هدف دوگانه اعتبارسنجی نتایج فلوسیتومتری و خصوصیات مولکولی سلول‌های ایمنی در سراسر نمونه‌ها را داشت.

 نمایه سازی سلولی رونوشت ها و توالی یابی اپی توپ ها (CITE-seq) به علاوه برای بهبود وضوح نتایج به کار گرفته شد.

ارگانوئیدهای ریه جنینی انسان نیز برای آزمایش‌های خصوصیات عملکردی، از جمله درمان‌های سیتوکین، سنجش رونویسی سرکوبگر دوگانه مادران در برابر دکاپنتاپلژیک (SMAD)، و کشت ماکروفاژ، سلول‌های دندریتیک (DC) و آرایه‌های سیتوکین استفاده شدند.

همه داده‌های به‌دست‌آمده در معرض تجزیه و تحلیل‌های آماری متشکل از آنالیز واریانس یک‌طرفه (ANOVA)، آزمون‌های t دو دنباله بدون جفت ، تحلیل حداکثر درستنمایی باقی‌مانده (REML) و آزمون مقایسه چندگانه تعقیبی توکی قرار گرفتند.

یافته های مطالعه

سنجش‌های scRNA-seq، IHC و ارگانوئید عملکردی نشان داد که جمعیت سلول‌های ایمنی به طور قابل‌توجهی در مراحل رشد جنین متفاوت است.

 سلول های ایمنی پیش ساز و ذاتی، از جمله سلول های میلوئید، لنفوئید ذاتی (ILC) و سلول های کشنده طبیعی (NK) در مراحل اولیه رشد غالب بودند اما به تدریج با لنفوسیت های T و B جایگزین شدند.

 سلول های CD45 ⁺ تقریبا در همه جا در سراسر مراحل رشد و در تمام مناطق بافت ریه مرتبط بود.

 با این حال، کمیت نسبی آنها در زمان و مکان متفاوت بود.

خصوصیات مولکولی سلول های ایمنی 77559 پروفایل رونویسی را نشان داد که 61757 مورد آن برای علم جدید است.

 حاشیه نویسی این پروفایل ها به دنبال آنالیزهای خوشه بندی، 59 خوشه نماینده همه دسته های سلول های ایمنی شناخته شده را نشان داد.

 تجزیه و تحلیل اجداد این دسته ها منجر به کشف تراکم ILC- و اولیه لنفوئیدی اولیه (ELPs) به طور غیرمنتظره ای شد.

در مجموع، این نتایج نشان می‌دهد که سلول‌های ایمنی از یک الگوی دو فازی در طول رشد جنینی و یک سنبله به وفور در طول هشت و 20 pcw پیروی می‌کنند.

 ارزیابی های کمی واکنش زنجیره ای پلیمراز (qPCR) نشان می دهد که پیک 20 pcw ممکن است تا حدی به دلیل بلوغ عروقی باشد.

بلوغ سلول های B در ریه ها برای اولین بار با استفاده از سنجش IHC و فلورسانس تک مولکولی در هیبریداسیون درجا (smFISH) آشکار شد.

 این به شواهد فزاینده ای اضافه کرد که نشان می دهد مغز استخوان تنها منبع سلول های B بالغ نیست، که برخلاف باورهای علمی قبلی است.

بیان ایزوتیپ ایمونوگلوبولین (Ig) در پشت سر هم با سنجش انبساط کلونال نشان داد که در طول توسعه، مزانشیم ریه و اپیتلیوم از هموستاز سلول B از طریق ترشح کموکاین‌های تعدیلی، از جمله CCL28 پشتیبانی می‌کنند.

خروجی جمعی سنجش‌های ترانسکریپتومیک و سیتوکین، برهمکنش‌های پیچیده سیتوکین‌های ترشح شده از سلول‌های ایمنی متعدد را نشان داد، که به نوبه خود، از نظر عملکردی برای تأثیرگذاری بر تمایز سلول‌های اپیتلیال تأیید شدند.

 این نتایج نشان می‌دهد که سلول‌های ایمنی هدف دوگانه دفاع و رشد ریه را در طول رشد جنین انجام می‌دهند، بنابراین فرضیه‌های قبلی را تأیید می‌کنند.

نتیجه گیری

در مطالعه حاضر، محققان آنالیزهای ترانس کریپتومی پیشرفته را با IHC ترکیب کردند تا نقش ساختاری و عملکردی سلول های ایمنی را در طول رشد جنین و جنین روشن کنند.

 ارزیابی سلول‌های ایمنی جنین در طول دوره 5 تا 33 pcw نشان داد که بلوغ کامل سلول‌های B در ریه‌های جنینی اتفاق می‌افتد، که این باور رایج را که مغز استخوان تنها منبع جمعیت‌های سلول B بالغ است، به چالش می‌کشد.

اینترلوکین 1 بتا (IL-1β) به طور گسترده توسط سلول های میلوئیدی پراکنده تولید می شود.

 به نوبه خود مشخص شد که IL-1β تمایز سلول های بنیادی اپیتلیال را تعدیل و ترویج می کند و نقش دوگانه سلول های ایمنی را در توسعه دفاعی و اپیتلیال ریه برجسته می کند.

این یافته‌ها با هم یک اطلس ایمنی از ریه‌های در حال رشد انسان را فراهم می‌کنند و نقش سلول‌های ایمنی جنین را در هدایت رشد اپیتلیوم ریه نشان می‌دهند.

چگونه سلول های ایمنی اولین نفس های ما را شکل می دهند

مهندس حمید تدینی: نویسنده و وبلاگ نویس مشهور، متخصص در زبان برنامه نویسی و هوش مصنوعی و ساکن آلمان است. مقالات روشنگر او به پیچیدگی های این زمینه ها می پردازد و به خوانندگان درک عمیقی از مفاهیم پیچیده فناوری ارائه می دهد. کار او به دلیل وضوح و دقت مشهور است.