Untersuchungen zeigen, dass Immunzellen Lungengewebe vor der Geburt formen und neue Möglichkeiten zur Behandlung von Atemwegserkrankungen bieten

Forscher finden heraus, dass Immunzellen eine aktive und wichtige Rolle bei der Steuerung des Wachstums von menschlichem Lungengewebe während der Entwicklung spielen und unser Verständnis der frühen Lungenentwicklung und der Rolle von Immunzellen außerhalb der Immunität revolutionieren.

Die Forschung bietet neue Erkenntnisse zum Verständnis und zur Behandlung von Atemwegserkrankungen wie der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD). Atemwegserkrankungen sind weltweit für fast 20 % aller Todesfälle bei Kindern unter fünf Jahren verantwortlich.

Die Arbeit offenbart eine überraschende Koordination zwischen dem Immun- und Atmungssystem, die viel früher in der Entwicklung liegt als bisher angenommen. Diese Entdeckung wirft Fragen über die mögliche Rolle von Immunzellen in anderen sich entwickelnden Organen im gesamten Körper auf.

Forscher des Wellcome Sanger Institute des University College London (UCL) und ihre Mitarbeiter am European Bioinformatics Institute des EMBL verwendeten fortschrittliche Einzelzelltechnologien, um die Entwicklung früher menschlicher Lungenimmunzellen im Laufe der Zeit zu kartieren.

Diese Studie hat einen einzigartigen Immunzellatlas der sich entwickelnden Lunge erstellt. Es ist Teil der internationalen Human Cell Atlas-Initiative, die jeden Zelltyp im menschlichen Körper kartiert, um unser Verständnis von Gesundheit, Infektionen und Krankheiten zu verändern.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Wissenschaftliche Immunologiewird dazu beitragen, die Mechanismen hinter Lungenerkrankungen bei Kindern aufzuklären.

Immunzellen machen einen wesentlichen Teil der Atemwege und der reifen Lunge aus, die wichtige Gasaustausch- und Barrierefunktionen haben und Schutz vor Infektionen der Atemwege bieten. Allerdings sind die Rollen von Immunzellen im sich entwickelnden Organ im Vergleich zu Struktur- oder Auskleidungszelltypen noch unerforscht. Jüngste Entdeckungen bestätigen das Vorhandensein von Immunzellen in der menschlichen Lunge bereits nach fünf Wochen ihrer Entwicklung.

Um herauszufinden, ob das Immunsystem das Lungenwachstum beeinflussen könnte, untersuchte das Team Immunzellen in frühen menschlichen Lungen im Zeitraum von 5 bis 22 Wochen der Entwicklung. Sie verwendeten verschiedene Techniken, darunter Einzelzellsequenzierung und Experimente mit Lungenzellkulturen, um herauszufinden, ob Immunzellen die Entwicklung von Lungenzellen beeinflussen könnten.

Sie identifizierten Schlüsselregulatoren der Lungenentwicklung, darunter die Signalmoleküle IL-1β und IL-13, die die Koordination der Differenzierung von Lungenstammzellen in spezialisierte reife Zelltypen erleichtern.

Die Forscher stellten eine Infiltration angeborener und anschließend adaptiver Immunzellen fest. Zu den angeborenen Zellen gehörten angeborene Lymphzellen (ILCs), natürliche Killerzellen (NK), myeloische Zellen und Vorläuferzellen. In Bezug auf adaptive Immunzellen und T-Zellen wurden sowohl sich entwickelnde als auch reife Zellen der B-Linie nachgewiesen, was darauf hinweist, dass die Lungenumgebung die Entwicklung von B-Zellen unterstützt.

Die Ergebnisse verändern grundlegend das Verständnis der Immun- und Epithelinteraktionen, die für die Reifung der fetalen Lunge entscheidend sind. Sie deuten auch darauf hin, dass sich frühe Immunstörungen als Lungenerkrankung bei Kindern manifestieren könnten.

Diese neuen Erkenntnisse über Mechanismen der frühen Lungenbildung werden auch zur Entwicklung neuer Therapieansätze zur Regeneration von geschädigtem Lungengewebe und zur Wiederherstellung der Lungenfunktion beitragen.

Dr. Peng He und Dr. Jo Barnes, Co-Erstautoren der Studie am Wellcome Sanger Institute und am European Bioinformatics Institute des EMBL bzw. der UCL Division of Medicine, sagten: „Durch die Übernahme einer fokussierten Strategie bei der Kartierung des Immunsystems können wir offenbaren eine symbiotische Beziehung zwischen Immunzellen und der sich entwickelnden Lunge. Diese detaillierten Erkenntnisse öffnen die Tür zu möglichen regenerativen Therapien nicht nur in der Lunge, sondern auch in anderen lebenswichtigen menschlichen Organen.“

Dr. Marko Nikolić, leitender Autor der Studie an der UCL-Abteilung für Medizin und ehrenamtlicher Berater für Atemwegsmedizin, sagte: „Wir wissen jetzt, dass immunepithelialer Crosstalk ein Merkmal der frühen Lungenentwicklung ist. Diese wichtige Grundlage für eine gesunde Lungenentwicklung wird uns helfen.“ verstehen, was passiert, wenn Lungenentwicklungsprozesse gestört werden, beispielsweise bei Frühgeburten, was zu Atemstörungen führen kann.“

Dr. Kerstin Meyer, leitende Autorin der Studie am Wellcome Sanger Institute, sagte: „Die aktive Beteiligung von Immunzellen erweitert die Möglichkeiten, beeinträchtigte Lungenbildung zu verstehen und anzugehen. Das Spannende an diesem Mechanismus ist, dass er durchaus auf andere Fälle angewendet werden kann.“ auch andere Organsysteme.“

Dr. Sarah Teichmann, leitende Autorin der Studie am Wellcome Sanger Institute und Mitbegründerin des Human Cell Atlas, sagte: „Wenn wir die Grundursachen von Krankheiten vollständig verstehen wollen, benötigen wir einen vollständigen Überblick über Zellen in allen Stadien.“ im menschlichen Körper. Dieser wichtige Beitrag zu einem umfassenden Human Cell Atlas wird eine wertvolle Referenz für die Untersuchung von Lungenerkrankungen sein.“