Intratracheally injected human-induced pluripotent stem cell-derived pneumocytes and endothelial cells engraft in the distal lung and ameliorate emphysema in a rat model

弹性蛋白酶 病理 诱导多能干细胞 干细胞 医学 内皮干细胞 祖细胞 细胞生物学 生物 胚胎干细胞 体外 内科学 生物化学 基因
作者
Sara S. Nunes,Tong Wu,Gregory R. Wojtkiewicz,Sydney Jeffs,Kenji Miki,Harald C. Ott
出处
期刊:The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery [American Association for Thoracic Surgery]
卷期号:166 (1): e23-e37 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jtcvs.2023.03.009
摘要

Abstract

Objectives

Pulmonary emphysema is characterized by the destruction of alveolar units and reduced gas exchange capacity. In the present study, we aimed to deliver induced pluripotent stem cell-derived endothelial cells and pneumocytes to repair and regenerate distal lung tissue in an elastase-induced emphysema model.

Methods

We induced emphysema in athymic rats via intratracheal injection of elastase as previously reported. At 21 and 35 days after elastase treatment, we suspended 80 million induced pluripotent stem cell-derived endothelial cells and 20 million induced pluripotent stem cell-derived pneumocytes in hydrogel and injected the mixture intratracheally. On day 49 after elastase treatment, we performed imaging, functional analysis, and collected lungs for histology.

Results

Using immunofluorescence detection of human-specific human leukocyte antigen 1, human-specific CD31, and anti--green fluorescent protein for the reporter labeled pneumocytes, we found that transplanted cells engrafted in 14.69% ± 0.95% of the host alveoli and fully integrated to form vascularized alveoli together with host cells. Transmission electron microscopy confirmed the incorporation of the transplanted human cells and the formation of a blood–air barrier. Human endothelial cells formed perfused vasculature. Computed tomography scans revealed improved vascular density and decelerated emphysema progression in cell-treated lungs. Proliferation of both human and rat cell was higher in cell-treated versus nontreated controls. Cell treatment reduced alveolar enlargement, improved dynamic compliance and residual volume, and improved diffusion capacity.

Conclusions

Our findings suggest that human induced pluripotent stem cell-derived distal lung cells can engraft in emphysematous lungs and participate in the formation of functional distal lung units to ameliorate the progression of emphysema.
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