Posługując się mikroskopią wideo na żywym płucu myszy, naukowcy UC San Francisco odkryli, że płuca odgrywają wcześniej nierozpoznaną rolę w produkcji krwi. Jak donosi artykuł opublikowany online w Nature, płuca wytwarzały ponad połowę płytek krwi - składników krwi potrzebnych do krzepnięcia i hamowania krwawienia - w krążeniu myszy. Kolejnym zaskoczeniem było zidentyfikowanie wcześniej nieznanej puli komórek macierzystych krwi zdolnej do przywrócenia produkcji krwinek w sytuacji, gdy komórki macierzyste szpiku kostnego, wcześniej uważane za główne miejsce produkcji krwi, wyczerpały się.

"To odkrycie ukazuje bardziej wyrafinowany wgląd w funkcję płuc - że służą one nie tylko do oddychania, ale także są kluczowym partnerem w kształtowaniu elementów krwi. To, co obserwowaliśmy u myszy zdecydowanie sugeruje, że płuca mogą odgrywać kluczową rolę w tworzeniu krwi również u ludzi," twierdzą badacze.

Te odkrycia mogą mieć istotne znaczenie dla zrozumienia ludzkich chorób, w których pacjenci cierpią z powodu niskiej liczby płytek krwi, co dotyka miliony ludzi i zwiększa ryzyko niebezpiecznego, niekontrolowanego krwawienia. Odkrycia stawiają również pytania dotyczące tego, w jaki sposób komórki macierzyste krwi w płucach mogą mieć wpływ na biorców przeszczepów płuc.

Badania obrazowe prowadzone na żywo pokazują, że płuca myszy produkują ponad 10 milionów płytek krwi na godzinę

Nowe badanie było możliwe dzięki udoskonaleniu techniki znanej jako dwufotronowe obrazowanie wewnątrzustrojowe. Ta metoda obrazowania pozwoliła naukowcom na niezwykle delikatną wizualizację zachowania poszczególnych komórek w małych naczyniach płuc myszy na żywo.

Naukowcy stosowali tę technikę w celu zbadania interakcji między układem odpornościowym a krążącymi płytkami krwi w płucach, posługując się zmodyfikowanym szczepem myszy. Doprowadzili do tego, że płytki emitowały jasną zieloną fluorescencję gdy natknęły się na dużą liczbę komórek wytwarzających płytki, zwanych megakariocytami, w naczyniach płucnych. Choć wcześniej obserwowano megakaryocyty w płucach, ogólnie uważano, że żyją one i produkują płytki krwi głównie w szpiku kostnym.

"Kiedy odkryliśmy tak olbrzymią liczbę megakariocytów, która wydawała się pochodzić z płuc, wiedzieliśmy, że musimy to śledzić", mówią badacze.

Bardziej szczegółowe obrazowanie szybko ujawniło, że megakariocyty wytwarzają ponad 10 milionów płytek krwi na godzinę w obrębie płuc, co sugeruje, że ponad połowa całkowitej produkcji płytek krwi myszy występuje w płucach, a nie w szpiku kostnym, jak do tej pory przypuszczano. Eksperymenty z wideo mikroskopią ujawniły również szerokie spektrum uprzednio pomijanych komórek progenitorowych megakaryocytów i komórek macierzystych krwi, wyciszonych poza układem krwionośnym płuc - szacowanych na około 1 milion na jedno płuco myszy.

Nowo odkryte komórki macierzyste krwi w płucach mogą odtwarzać uszkodzony szpik kostny

Odkrycie megakariocytów i komórek macierzystych krwi w płucu wywołało pytania, jak te komórki przemieszczają się tam i z powrotem pomiędzy płucem a szpikiem kostnym. Aby na nie odpowiedzieć, badacze przeprowadzili sprytny zestaw badań dotyczących przeszczepu płuc.

Najpierw zespół przeszczepiał płuca normalnych myszy - dawców do myszy - biorców z megakariocytami fluorescencyjnymi i stwierdzili, że megakariocyty fluorescencyjne myszy - biorców wkrótce zaczęły pojawiać się w naczyniach płuc. To sugeruje, że megakariocyty wytwarzające płytki w płucach pochodzą ze szpiku kostnego. "To bardzo ciekawe, że megakaryocyty przemieszczają się ze szpiku kostnego do płuc, aby produkować płytki krwi. Możliwe, że płuca są idealnym bioreaktorem do produkcji płytek krwi z powodu mechanicznej siły krwi, a może z powodu jakiegoś sygnału molekularnego, o którym jeszcze nie wiemy".

W innym eksperymencie naukowcy przeszczepili płuca z fluorescencyjnymi komórkami progenitorowymi megakariocytów do zmutowanych myszy z małą liczbą płytek krwi. Przeszczepione płuca produkowały dużą liczbę płytek fluorescencyjnych, które szybko przywracały normalne poziomy płytek, a efekt utrzymywał się nawet przez kilka miesięcy obserwacji - czyli znacznie dłużej niż wynosi okres życia pojedynczych megakariocytów lub płytek krwi. Naukowcy twierdzą, że komórki macierzyste megakaryocytów w przeszczepionych płucach aktywowały się przez małą liczbę płytek myszy - biorców i wytwarzały zdrowe komórki megakaryocytów w celu przywrócenia prawidłowej produkcji płytek krwi.

Wreszcie naukowcy przeszczepili zdrowe płuca, w których wszystkie komórki były znakowane fluorescencyjnie, do zmutowaych myszy, których szpik kostny był ubogi w normalne komórki macierzyste krwi. Analiza szpiku kostnego myszy - biorców wykazała, że komórki fluorescencyjne pochodzące z przeszczepionych płuc szybko przemieszczały się do uszkodzonego szpiku kostnego i przyczyniły się do produkcji nie tylko płytek krwi, ale także szerokiej gamy komórek krwi, w tym komórek odpornościowych takich jak neutrofile, komórki B i limfocyty T. Te eksperymenty sugerują, że płuca są siedliskiem wielu różnych komórek progenitorowych krwi i komórek macierzystych zdolnych do zregenerowania uszkodzonego szpiku kostnego i przywracania produkcji wielu składników krwi.

"Wedle naszej wiedzy jest to pierwszy opis progenitorów krwi zamieszkujących płuca, co rodzi wiele pytań o znaczeniu klinicznym dla milionów osób cierpiących na trombocytopenię," twierdzą badacze.

Badanie sugeruje, że badacze, którzy zaproponowali leczenie chorób płytek krwi płytkami krwi wytworzonymi przez megakariocyty, powinni patrzeć na płuca jako źródło produkcji płytek krwi. W pracy przedstawiono także nowe możliwości badań nad biologią komórek macierzystych w celu zbadania, w jaki sposób szpik kostny i płuca współpracują w celu stworzenia zdrowego układu krwionośnego poprzez wzajemną wymianę komórek macierzystych.

"Obserwacje te zmieniają istniejącą wiedzę dotyczącą krwiotworzenia, komórek krwi, biologii i chorób płuc oraz transplantacji. Odkrycia mają bezpośrednie znaczenie kliniczne i stawiają wiele pytań dotyczących przyszłych badań na temat tworzenia się płytek krwi i funkcji megakaryocytów w stanach zapalnych płuc oraz innych stanach zapalnych, zaburzeniach krwotocznych i zakrzepowych oraz transplantacji," podsumowują autorzy badania.

Źródło: sciencedaily.com