Stem cells of the respiratory system: From identification to differentiation into functional epithelium

Abstract

We review recent progress in the stem cell biology of the respiratory system, and discuss its scientific and translational ramifications. Several studies have defined novel stem cells in postnatal lung and airways and implicated their roles in tissue homeostasis and repair. In addition, significant advances in the generation of respiratory epithelium from pluripotent stem cells (PSCs) now provide a novel and powerful platform for understanding lung development, modeling pulmonary diseases, and implementing drug screening. Finally, breakthroughs have been made in the generation of decellularized lung matrices that can serve as a scaffold for repopulation with respiratory cells derived from either postnatal or PSCs. These studies are a critical step forward towards the still distant goal of stem cell-based regenerative medicine for diseases of lung and airways.

Modeling human lung development and disease using pluripotent stem cells

“…Many tissues, such as skin (Blanpain and Fuchs, 2009), intestine (Clevers, 2013), muscle (Shadrach and Wagers, 2011), lung (Green et al, 2013; and the hematopoietic system (Orkin and Zon, 2008), are endowed with stem cells that ensure repair from damage induced by wear and tear, cellular turnover and injury. In contrast to PSCs, adult stem cells are generally difficult to maintain, grow and expand in vitro.…”

Immunopatogeneza Samoistnego Włóknienia Płuc

“…Są one pozostałością po rozwojowych liniach komórek zapoczątkowu-jących powstanie płuc w życiu płodowym albo pochodzą z krążących komórek macierzystych [13][14][15]. Komórki macierzyste układu oddechowego są źródłem, z którego pochodzą komórkowe elementy służące do naprawy pęcherzyków płu-cnych, oskrzelików, oskrzeli i tchawicy [12][13][14][15][16][17].…”

“…Są one pozostałością po rozwojowych liniach komórek zapoczątkowu-jących powstanie płuc w życiu płodowym albo pochodzą z krążących komórek macierzystych [13][14][15]. Komórki macierzyste układu oddechowego są źródłem, z którego pochodzą komórkowe elementy służące do naprawy pęcherzyków płu-cnych, oskrzelików, oskrzeli i tchawicy [12][13][14][15][16][17]. W przypadku uszkodzeń komórki macierzyste proliferują i migrują do miejsc uszkodzeń oraz różnicują się do komórek nabłonka, co doprowadza do reepitelializacji, a następnie do odbudowy prawidłowej struktury płuc [11,12,15,17].…”

“…Komórki macierzyste układu oddechowego są źródłem, z którego pochodzą komórkowe elementy służące do naprawy pęcherzyków płu-cnych, oskrzelików, oskrzeli i tchawicy [12][13][14][15][16][17]. W przypadku uszkodzeń komórki macierzyste proliferują i migrują do miejsc uszkodzeń oraz różnicują się do komórek nabłonka, co doprowadza do reepitelializacji, a następnie do odbudowy prawidłowej struktury płuc [11,12,15,17]. Do odnowy niezbędny jest udział czynników wzrostowych: FGF10 (fibroblast growth factor 10), BMP4 (bone morphogenic protein 4), TGF-β (transforming growth factor beta), PDGF (plateletderived growth factor) i Wnt signaling [11,12,15].…”

Lung Stem/Progenitor Cells: Regulatory Mechanisms of Behavior, Development and Regeneration

“…Similarly, little is known about whether such putative stem/progenitor cells in the lung conform to classic or non-classic stem cell hierarchies and whether a single stem cell suffices to generate the more than 40 distinct cell types that are required for mature lung function. There are at least five putative epithelial stem/progenitor cell niches in adult murine airway [1,2] in addition to both airway smooth muscle stem cells and endothelial stem cells in the pulmonary vasculature. Another source of stem cells in the lung is circulating stem/progenitor cells that may take up residence in the lung.…”