Modelowanie chorób

Technologia iPSC umożliwiła stworzenie modeli chorób in vitro, w których specyficzne dla choroby hiPSC z komórek somatycznych pacjenta lub różnicowały się w uszkodzone typy komórek poprzez edycję genów powodujących chorobę w hiPSC od zdrowych dawców, aby naśladować fenotyp choroby (ryc. 1a). wcześniejsza praca Freedmana i in. z autosomalnych dominujących mutacji genu PKD1 spowodowanych przez pacjentów z policystyczną chorobą nerek (ADPKD) wygenerowali hiPSC i odkryli, że hiPSC i ich zróżnicowane komórki wykazywały obniżenie poziomu policystyny ​​​​2, wyjaśniając nowy mechanizm, dzięki któremu gen PKD1 kodujący policystynę 1 reguluje ekspresje policystyny ​​2. Nasza grupa hodowała hiPSC od pacjentów z ADPKD, w tym tych z połączonymi tętniakami wewnątrzczaszkowymi, i potwierdziła, że ​​wewnątrzkomórkowe obchodzenie się z wapniem i ekspresja genów związanych z macierzą zewnątrzkomórkową zostały zmienione w komórkach naczyniowych zróżnicowanych od hiPSC, zgodnie z komórkami naczyniowymi z mysiego modelu ADPKD i komórki torbieli nerki od pacjentów z ADPKD.

Rycina 1: Modelowanie ADPKD przy użyciu specyficznych dla choroby hiPSC. a: Schemat przedstawiający badania nad modelowaniem choroby dla ADPKD. Specyficzne dla choroby hiPSC uzyskuje się poprzez przeprogramowanie komórek somatycznych pacjentów z ADPKD lub edycję genów PKD1/2 w hiPSC pochodzących od zdrowych dawców. Modele chorób są generowane przez różnicowanie hiPSC specyficznych dla ADPKD do tkanek nerek w celu analizy patologicznej i odkrywania leków

Najnowsze postępy w generowaniu narządów przypominających jednostki nerkowe z hiPSC umożliwiły modelowanie chorób nerek, takich jak nefropatia nerkowa, wrodzony zespół nerczycowy i autosomalna recesywna wielotorbielowatość nerek (ARPKD). Modele torbieli nerkowych ADPKD wykorzystujące narządy podobne do jednostek nerkowych zostały wygenerowane z zmutowanych hESC hESC pkd1 / 2 z czystym rodzeństwem. Jednak w przypadku stosowania heterozygotycznych hiPSC pochodzących od pacjentów z ADPKD lub edytowanych genów, modele te nie uogólniały fenotypu torbieli nerki obserwowanego w ADPKD. W przeciwieństwie do tego, niedawno wygenerowaliśmy narządy podobne do jednostek nerkowych z pochodzących od pacjentów ADPKD i edytowanych genów heterozygotycznych i czystych zmutowanych hiPSC pkd1 przez leczenie forskoliną w celu propagacji torbieli nerkowych. W szczególności potwierdziliśmy, że wszystkie trzy typy hiPSC mogą tworzyć torbiele nerkowe (ryc. 1b-d). Te torbiele nerkowe reagowały na niektóre leki, o których wiadomo, że hamują tworzenie torbieli w ADPKD, takie jak ssaczy cel rapamycyny (mTOR), co sugeruje, że modele te można wykorzystać do badań przesiewowych związków leków, aby zapobiec tworzeniu się torbieli nerki (ryc. 1e). Obecnie opracowujemy wysokowydajny chemiczny system przesiewowy do odkrywania leków terapeutycznych w ADPKD poprzez modyfikację modelu torbieli.

Rysunek 1:b: Reprezentatywne obrazy w jasnym polu organoidów nerkowych pochodzących z hiPSC typu dzikiego i poddanych edycji genów PKD{3}} po 7 dniach leczenia forskoliną. c: Kwantyfikacja torbielowatych obszarów organoidów nerkowych w (b). Dane przedstawiono jako średnią ± SE z trzech niezależnych eksperymentów z czterema powtórzeniami w każdym. **P<0.005 and ***p<0.001 by one-way ANOVA and Bonferroni'smethod. d: Representative bright-field images of the normal subject- and ADPKD patient-derived kidney organoids after 7 days of forskolin treatment. e: Representative bright-field images of patient-derived kidney organoids after 7 days of treatment with CFTR inhibitor 172 (100 μM) or everolimus (10 μM) in the presence of forskolin. Scale bars, 300 μm in (b), (d, right), and (e) and 500 μm in (d, left). Adapted from Shimizu et al.

Kliknij tutaj, aby uzyskaćwpływ Cistanche na nerkiIco to jest ekstrakt Cistanche

Zajmowanie się powikłaniami chorób nerek

Główne powikłania związane z przewlekłą chorobą nerek (CKD) obejmują niedokrwistość nerkową spowodowaną niewystarczającą produkcją nerkowego hormonu hematopoetycznego erytropoetyny (EPO). Chociaż anemię nerkową skutecznie leczono przez przerywane podawanie preparatów rekombinowanej ludzkiej EPO, potrzebne są dodatkowe terapie fizjologiczne. Biorąc pod uwagę, że EPO jest również wytwarzana w wątrobie podczas ciężkiej niedokrwistości embrionalnej lub dorosłej, zmodyfikowaliśmy wcześniej zgłoszony protokół różnicowania wątroby, aby z powodzeniem wytwarzać komórki EPO z hiPSC (komórki hiPSC-EPO). Te komórki hiPSC-EPO regulują w górę produkcję EPO w odpowiedzi na stymulację niedotlenieniem, podobnie jak ich odpowiedniki in vivo. W oparciu o testy tworzenia kolonii przy użyciu ludzkich hematopoetycznych komórek progenitorowych, białka EPO zawarte w supernatantach hodowli wykazywały wpływ promujący różnicowanie na czerwoną linię. Co więcej, te komórki hiPSC-EPO poprawiły anemię nerkową przez 7 miesięcy po przeszczepie w mysim modelu indukowanym adeniną. W ten sposób komórki hiPSC-EPO można wykorzystać do odkrywania nowych leków i opracowywania terapii komórkowych do leczenia niedokrwistości nerkowej.

znormalizowany Cistanche

Terapia komórkowa

Zbadano zastosowanie zarodkowych komórek progenitorowych nerki pochodzących z hiPSC w terapii komórkowej. Aby zbadać ich potencjał terapeutyczny w przypadku chorób nerek, przeszczepiliśmy nerkowe komórki progenitorowe podobne do NPC wytworzone z hiPSC do podtorebkowej mysiego modelu ostrego uszkodzenia nerek (AKI) wywołanego uszkodzeniem niedokrwiennym / reperfuzyjnym przy użyciu naszej metody różnicowania i stwierdziliśmy, że przeszczep znacznie stłumił podwyższenie poziomu azotu mocznikowego we krwi (BUN) i kreatyniny w surowicy (Cre) u myszy-gospodarzy. Ponadto leczenie znacznie złagodziło uszkodzenia histologiczne wywołane przez AKI, takie jak martwica kanalików nerkowych. Warto zauważyć, że zwłóknieniu śródmiąższowemu, które odzwierciedla postęp choroby przewlekłej, udało się również znacząco zapobiec. Przeszczepione komórki progenitorowe poprawiły AKI bez integracji z tkanką nerki gospodarza, co sugeruje, że parakrynne działanie nerkowych czynników troficznych wydzielanych przez komórki progenitorowe nerki pochodzące z hiPSC są w dużej mierze odpowiedzialne za korzyści terapeutyczne. Wyjaśnienie tych czynników pomoże w opracowaniu terapii komórkowych przeciw AKI i nowych leków.

Imberti i in. opisali również korzyść terapeutyczną z zastosowania komórek progenitorowych nerki pochodzących z hiPSC do leczenia mysiego modelu AKI indukowanej cisplatyną. Wstrzyknęli komórki progenitorowe nerki podobne do NPC pochodzące z hiPSC modelowi myszy AKI przez żyłę ogonową. To leczenie transplantacyjne również znacząco poprawiło AKI, o czym świadczy obniżony poziom BUN i wyniki badań histologicznych.

Chociaż protokół różnicowania do generowania nerkowych komórek progenitorowych różni się od modelu mysiego AKI, te dwa raporty po raz pierwszy pokazują potencjalną korzyść terapeutyczną z zastosowania komórek progenitorowych nerki pochodzących z hiPSC do leczenia choroby nerek.

Cistanche ziołowe

Podsumowanie i perspektywa na przyszłość

Poczyniono znaczne postępy w wytwarzaniu embrionalnych komórek progenitorowych nerki i tkanki nerki z hPSC. Jednak nadal istnieją pewne przeszkody do pokonania przed zastosowaniem klinicznym. Jeśli chodzi o rekonstrukcję nerek, nie udało się wytworzyć większych tkanek nerkowych oraz struktur podobnych do miednicy i moczowodu, w których gromadzą się przewody zbiorcze. Ponadto wymagana jest integracja struktur nerkowych pochodzących z hiPSC z dużymi naczyniami krwionośnymi. Terapię komórkową przy użyciu komórek progenitorowych nerki pochodzących z hiPSC należy również zbadać w modelu CKD. Na koniec opracowano modele oparte na hiPSC dla szeregu chorób nerek, w tym ADPKD, i oczekuje się, że zidentyfikują związki kandydujące na lek przeciwko chorobom nerek.

Ekstrakt Cistanche Tubulosa

BIBLIOGRAFIA

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Zredukowana policystyna rzęskowa-2 w indukowanych pluripotencjalnych komórkach macierzystych pacjentów z zespołem policystycznych nerek z mutacjami PKD1. J Am Soc Nephrol. 2013;24(10):1571–86.

2. Ameku T, Taura D, Sone M, Numata T, Nakamura M, Shiota F, Toyoda T, Matsui S, Araoka T, Yasuno T, Mae SI, Kobayashi H, 584 Nefrologia kliniczna i eksperymentalna (2021) 25:574– 584 1 3 Kondo N, Kitaoka F, Amano N, Arai S, Ichisaka T, Matsuura N, Inoue S, Yamamoto T, Takahashi K, Asaka I, Yamada Y, Ubara Y, Muso E, Fukatsu A, Watanabe A, Sato Y, Nakahata T, Mori Y, Koizumi A, Nakao K, Yamanaka S, Osafune K. Identyfikacja MMP1 jako nowego czynnika ryzyka tętniaków wewnątrzczaszkowych w ADPKD przy użyciu modeli iPSC. Przedstawiciel nauki 2015;6:30013.

3. Forbes TA, Howden SE, Lawlor K, Phipson B, Maksimovic J, Hale L, Wilson S, Quinlan C, Ho G, Holman K, Bennetts B, Crawford J, Trnka P, Oshlack A, Patel C, Mallett A, Simons C, mały MH. Organoidy nerkowe pochodzące od pacjenta iPSC wykazują funkcjonalną walidację ciliopatycznego fenotypu nerek i ujawniają leżące u podstaw mechanizmy patogenetyczne. Am J Hum Genet. 2018;102(5):816–31.

4. Tanigawa S, Islam M, Sharmin S, Naganuma H, Yoshimura Y, Haque F, Era T, Nakazato H, Nakanishi K, Sakuma T, Yamamoto T, Kurihara H, Taguchi A, Nishinakamura R. Organoidy pochodzenia nerczycowego iPSC identyfikują upośledzoną lokalizację NEPHRIN i tworzenie przepony szczelinowej w podocytach nerki. Raporty dotyczące komórek macierzystych. 2018;11(3):727–40.

5. Low JH, Li P, Chew EGY, Zhou B, Suzuki K, Zhang T, Lian MM, Liu M, Aizawa E, Rodriguez Esteban C, Yong KSM, Chen Q, Campistol JM, Fang M, Khor CC, Foo JN , Izpisua Belmonte JC, Xia Y. Generowanie ludzkich organoidów nerkowych pochodzących z PSC z wzorzystymi segmentami nefronów i siecią naczyniową de novo. Komórka Komórka Macierzysta. 2019;25(3):373–879.

6. Czerniecki SM, Cruz NM, Harder JL, Menon R, Annis J, Otto EA, Gulieva RE, Islas LV, Kim YK, Tran LM, Martins TJ, Pippin JW, Fu H, Kretzler M, Shankland SJ, Himmelfarb J, Moon RT, Paragas N, Freedman BS. Wysokoprzepustowe badania przesiewowe poprawiają różnicowanie organoidów nerki z pluripotencjalnych komórek macierzystych człowieka i umożliwiają zautomatyzowane wielowymiarowe fenotypowanie. Komórka Komórka Macierzysta. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Nowatorski model ADPKD wykorzystujący organoidy nerkowe pochodzące z ludzkich iPSC specyficznych dla choroby. Biochem Biophys Res Commun. 2020;12:34–43.

8. Hitomi H, Kasahara T, Katagiri N, Hoshina A, Mae SI, Kotaka M, Toyohara T, Rahman A, Nakano D, Niwa A, Saito MK, Nakahata T, Nishiyama A, Osafune K. Pochodzące z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych Komórki wytwarzające erytropoetynę łagodzą niedokrwistość nerkową u myszy. Sci Transl Med. 2017;9(409):eaaj2300.

9. Toyohara T, Mae SI, Sueta SI, Inoue T, Yamagishi Y, Kawamoto T, Kasahara T, Hoshina A, Toyoda T, Tanaka H, ​​Araoka T, SatoOtsubo A, Takahashi K, Sato Y, Yamaji N, Ogawa S, Yamanaka S, Osafune K. Terapia komórkowa przy użyciu indukowanych przez człowieka pluripotencjalnych komórek macierzystych pochodzących z komórek progenitorowych nerek łagodzi ostre uszkodzenie nerek u myszy. Komórki macierzyste Transl Med. 2015;4(9):980–92.

10. Hoshina A, Kawamoto T, Sueta SI, Mae SI, Araoka T, Tanaka H, ​​Sato Y, Yamagishi Y, Osafune K. Opracowanie nowej metody wzbogacania ludzkich progenitorów nerek pochodzących z iPSC przy użyciu markerów powierzchniowych komórek. Przedstawiciel nauki 2018;8(1):6375.

11. Imberti B, Tomasoni S, Ciampi O, Pezzotta A, Derosas M, Xinaris C, Rizzo P, Papadimou E, Novelli R, Benigni A, Remuzzi G, Morigi M. Progenitory nerek pochodzące z ludzkich iPSC wszczepiają i przywracają funkcję w mysi model ostrego uszkodzenia nerek. Przedstawiciel nauki 2015;5:8826.