Induzierbare pluripotente Stammzellen (iPSC) und deren Sekretionsprodukte vermindern die durch Bleomycin ausgelöste Lungenfibrose in Rattenlungen

Ansatz: Die idiopathische pulmonale Fibrose (IPF) ist ein fortschreitender irreversibler fibrotischer Prozess in der Lunge mit einer mittleren Ueberlebensdauer von 2–4 Jahren. Die progressive Fibrose entsteht aufgrund ineffizienter alveolärer Wundheilung nach wiederholten epithelialen Mikro-Verletzungen. Durch ihre regenerativen Eigenschaften bieten induzierbare pluripotente Stammzellen (iPSC) und dessen sekretierten Mediatoren eine neuartige und vielversprechende potenzielle Behandlung nach Organverletzungen. In einer ersten Testreihe wurde das Potenzial dieser menschlichen iPSC und dessen konditionierbaren Medien (iPSC-KM) auf eine Reduktion der Lungenfibrose, induziert durch Bleomycin in der Rattenlunge (in vivo Modell), sowie auf die Regeneration von alveolären Epithelzellen mittels A549 Zellen (in vitro Modell) geprüft.

Methoden: Die iPSC wurden aus menschlichen Fibroblasten durch Transfektion mit polyzystronischen lentiviralen Vektoren mit vier Genen (Nanog, Sox2, Oct4, Lin28) abgeleitet. Nach ihrer Charakterisierung wurden diese iPSC Kolonien intratracheal in Rattenlungen verabreicht, welche zuvor mit Bleomycin behandelt wurden.

Die konditionierten Medien von iPSC Kulturen (iPSC-KM) wurden durch Züchten von iPSC über 24 Stunden in Serum- und Wachstumsfaktorenfreien Mediums gewonnen. Diese iPSC-KM wurden dann im in vitro epithelialen Wundheilungs-Assay sowie in unserem in vivo Bleomycin-Rattenmodel getestet. Die Ratten wurden 7 Tage nach der Behandlung mit iPSC-KM euthanasiert und deren Lungengewebe analysiert. Als Kontrolle wurde unbehandeltes Medium in Kontrolltieren verwendet.

Resultate: Die epitheliale Wundheilung war signifikant besser mit konditionierten Medium im Vergleich zu der Kontrolle (nicht konditioniertes Medium) (45,20±8,54 vs. 14,76±8,54% Wundheilung, p<0,05).

Im in vivo Modell zeigte die histologische Analyse eine deutliche Verbesserung der Lungenarchitektur mit signifikanter Verringerung des gesamten Kollagengehalts im Vergleich zu den Kontrollen (5,319±3,404±156,1vs 199,8µg/mg, p<0,05). Die TGF-β Spiegel waren deutlich reduziert in der behandelten Gruppe. Instillierte iPSC konnten mittels konfokaler Mikroskopie in unmittelbare Nähe zu den verletzten Alveolarepithelzellen nachgewiesen werden. Die Proteomicsanalyse des iPSC-KM zeigte eine größere Anzahl von Wachstumsfaktoren, welche regenerative Eigenschaften aufweisen und zu der optimaleren Wundheilung beitragen dürften.

Schlussfolgerung: iPSC und dessen sekretierte Mediatoren fördern die Regeneration der Lunge und könnten eine vielversprechende neue therapeutische Option für Lungenschädigungen und Fibrose darstellen.