Ein Atlas der Atemwege auf Einzelzellebene bei chronisch obstruktiver Lungenerkrankung, idiopathischer Lungenfibrose und Kontrollen (DISCOVAIR)

Das zunehmende Auftreten chronischer Atemwegserkrankungen ist ein Problem der öffentlichen Gesundheit, das weltweit Hunderttausende von Menschen jeden Alters betrifft. Die Atemwege sind direkt atmosphärischen Schadstoffen aus der Luft (Verschmutzung, Allergene) ausgesetzt und stellen ein komplexes Ökosystem dar, das verschiedene Zellen (multizilierte, basale, mukosekretorische, neuroendokrine usw.) umfasst, die komplexe Wechselwirkungen mit dem umgebenden Bindegewebe, aber auch mit ihrer reichen Immunumgebung entwickeln und die lokale Mikrobiota. Obwohl bei bestimmten Erkrankungen wie allergischen Erkrankungen ein pathophysiologisches Kontinuum zwischen den nasalen und bronchialen Atemwegen postuliert wird, haben Forscher in verschiedenen Studien große Genexpressionsgradienten zwischen Proben nachgewiesen, die aus den nasalen und bronchialen Atemwegen entnommen wurden. Die Spezifizierung der zellulären Variabilität im gesamten Atmungsbaum in einer normalen physiologischen Situation ist eines der Hauptziele, die bei der Erstellung eines Atlas aller Atemwegszellen definiert wurden, wie in den Zielen des internationalen Konsortiums Human Cell Atlas definiert.

Die Sequenzierung der spezifisch in jeder einzelnen Zelle vorhandenen RNAs ("single-cell RNAseq") und deren Vergleich mit Nachbarzellen erlaubt es, die genauen zellulären Beiträge sowie die beteiligten Signalwege zu dokumentieren. Die Entwicklung von Gewebeentnahme-, Stabilisierungs-, Transport- und Einzelzellanalyseverfahren kann an primären respiratorischen Epithelkulturen durchgeführt und auch auf respiratorische Proben von gesunden Freiwilligen ausgedehnt werden.

Dieses Projekt wird Genexpressionsprofile auf Einzelzellebene (single cell RNAseq) bei Freiwilligen mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und interstitieller Lungenfibrose analysieren und mit gleichaltrigen gesunden Probanden vergleichen. Die technischen Modalitäten der Proben sind Bürsten und inszenierte Atemwegsbiopsien zur direkten Analyse der Proben. Dieser Ansatz wird durch eine Luft-Flüssigkeits-Grenzflächenkultur ergänzt, um eine Sekundäranalyse in Einzelzell-RNAseq und eine dreidimensionale Kartierung der Verteilung dieser Zellen mit Einzelzell-in-situ-Analyse zu ermöglichen.

Dank der Probenentnahme auf mehreren Ebenen des Atmungsbaums (Nase, Bronchiolen, Bronchiolen) werden Zell- und Genexpressionsvariationen entlang der tracheobronchialen Achse bei Probanden unterschiedlichen Alters, gesund oder mit Erkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und interstitiellen Erkrankungen, umfassend dokumentiert Lungenfibrose. Diese Daten dienen als weltweite Referenzen für Vergleiche in unterschiedlichen physiologischen und pathologischen Kontexten.