Taudin mallinnus

iPSC-teknologia on mahdollistanut in vitro -sairausmallien luomisen, jossa sairauskohtaiset hiPSC:t potilaan somaattisista soluista tai erilaistuvat vaurioituneiksi solutyypeiksi muokkaamalla sairautta aiheuttavia geenejä terveiden luovuttajien hiPSC:issä jäljittelemään sairauden fenotyyppiä (kuva 1a). Freedmanin et al. Potilaat synnyttivät polykystisen munuaissairauden (ADPKD) aiheuttamista autosomaalisista dominanteista PKD1-geenimutaatioista hiPSC:itä ja havaitsivat, että hiPSC:t ja niiden erilaistuneet solut osoittivat polykystiini 2:n alasäätelyä, mikä selvitti uuden mekanismin, jolla polykystiini 1:tä koodaava PKD1-geeni säätelee polykystiini 2:n ilmentymistä. Ryhmämme viljeli ADPKD-potilaiden hiPSC-soluja, mukaan lukien ne, joilla oli yhdistetty kallonsisäinen aneurysma, ja vahvisti, että solunsisäinen kalsiumin käsittely ja ekstrasellulaariseen matriisiin liittyvien geenien ilmentyminen muuttuivat hiPSC-soluista erilaistuneissa vaskulaarisissa soluissa, mikä on yhdenmukainen ADPKD:n hiirimallin verisuonisolujen kanssa ja munuaiskystasolut potilailta, joilla on ADPKD.

Kuva 1: ADPKD:n mallintaminen käyttämällä sairausspesifisiä hiPSC:itä. a: Kaavakuva ADPKD:n sairauden mallinnustutkimuksesta. Sairausspesifiset hiPSC:t johdetaan ohjelmoimalla uudelleen ADPKD-potilaiden somaattiset solut tai muokkaamalla PKD1/2:ta geenien muokkauksella terveiltä luovuttajilta peräisin olevissa hiPSC:issä. Sairausmalleja luodaan eriyttämällä ADPKD-spesifiset hiPSC:t munuaiskudoksiksi patologista analyysiä ja lääkekehitystä varten

Viimeisimmät edistysaskeleet munuaisyksikön kaltaisten elinten tuottamisessa hiPSC:istä ovat mahdollistaneet munuaissairauksien, kuten munuaisnefropatian, synnynnäisen nefroottisen oireyhtymän ja autosomaalisen resessiivisen polykystisen munuaissairauden (ARPKD), mallintamisen. ADPKD-munuaiskystien malleja, joissa käytetään munuaisyksikön kaltaisia ​​elimiä, on luotu geenimuokatuista puhtaista sisaruksista pkd1/2-mutantti-hESC:istä. Kuitenkin käytettäessä ADPKD-potilaasta peräisin olevia tai geenimuokattuja heterotsygoottisia pkd1-mutantteja hiPSC:itä, nämä mallit eivät yleistäneet ADPKD:ssä havaittua munuaiskystafenotyyppiä. Sitä vastoin loimme äskettäin munuaisyksikön kaltaisia ​​elimiä ADPKD-potilasperäisistä ja geenimuokattuista heterotsygoottisista ja puhtaista pkd1-mutanteista hiPSC:istä forskoliinikäsittelyllä munuaiskystojen lisäämiseksi. Erityisesti vahvistimme, että kaikki kolme hiPSC-tyyppiä voivat muodostaa munuaiskystoja (kuva 1b-d). Nämä munuaiskystat reagoivat joihinkin lääkkeisiin, joiden tiedettiin estävän kystojen muodostumista ADPKD:ssä, kuten rapamysiinin (mTOR) nisäkäskohteeseen, mikä viittaa siihen, että näitä malleja voitaisiin käyttää lääkeyhdisteiden seulomiseen munuaiskystojen muodostumisen estämiseksi (kuvio 1e). Kehitämme parhaillaan korkean suorituskyvyn kemiallista seulontajärjestelmää terapeuttisten lääkkeiden löytämiseksi ADPKD:ssä modifioimalla kystamallia.

Kuvio 1:b: Edustavia kirkaskenttäkuvia villityypin ja geenimuokattuista PKD1--mutanteista hiPSC-peräisistä munuaisorganoideista 7 päivän forskoliinihoidon jälkeen. c: Munuaisten organoidien kystisten alueiden kvantifiointi kohdassa (b). Tiedot esitetään keskiarvona ± SE kolmesta riippumattomasta kokeesta, joissa kussakin on neljä toistoa. **s<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.

Napsauta tästä saadaksesiCistanchen vaikutukset munuaisiinjamikä on Cistanche-uute

Munuaissairauksien komplikaatioiden käsittely

Krooniseen munuaissairauteen (CKD) liittyviä suuria komplikaatioita ovat munuaisanemia, joka johtuu munuaisten hematopoieettisen hormonin erytropoietiinin (EPO) riittämättömästä tuotannosta. Vaikka munuaisanemiaa on hoidettu menestyksekkäästi antamalla rekombinantteja ihmisen EPO-valmisteita ajoittaisella annolla, lisäfysiologisia hoitoja tarvitaan. Ottaen huomioon, että EPO:ta tuotetaan maksassa myös alkion tai aikuisen vakavan anemian aikana, muutimme aiemmin raportoitua maksan erilaistumisprotokollaa tuottaaksemme onnistuneesti EPO-soluja hiPSC:istä (hiPSC-EPO-solut). Nämä hiPSC-EPO-solut lisäävät EPO:n tuotantoa vasteena hypoksiselle stimulaatiolle, samalla tavalla kuin niiden in vivo -vastineet. Perustuen pesäkkeiden muodostusmäärityksiin, joissa käytettiin ihmisen hematopoieettisia progenitorisoluja, viljelmän supernatanttien sisältämät EPO-proteiinit osoittivat erilaistumista edistäviä vaikutuksia punaiseen sukulinjaan. Lisäksi nämä hiPSC-EPO-solut paransivat munuaisanemiaa 7 kuukauden ajan siirron jälkeen adeniinin aiheuttamassa hiirimallissa. Siten hiPSC-EPO-soluja voitaisiin käyttää uusien lääkkeiden löytämiseen ja soluterapioiden kehittämiseen munuaisanemian hoitoon.

standardoitu Cistanche

Soluterapia

HiPSC-peräisten alkion munuaisten progenitorisolujen käyttöä soluterapiassa on tutkittu. Tutkiaksemme niiden terapeuttista potentiaalia munuaissairauksien hoidossa siirsimme hiPSC:istä syntyneitä NPC:n kaltaisia ​​munuaisten progenitorisoluja iskemian/reperfuusiovaurion aiheuttaman akuutin munuaisvaurion (AKI) hiirimallin subkapsulaariin käyttämällä erilaistumismenetelmäämme ja havaitsimme, että transplantaatio vaimenti merkittävästi veren ureatypen (BUN) ja seerumin kreatiniinin (Cre) nousu isäntähiirillä. Lisäksi hoito paransi merkittävästi AKI:n aiheuttamia histologisia vaurioita, kuten tubulusnekroosia. Erityisesti interstitiaalinen fibroosi, joka heijastaa kroonisen sairauden etenemistä, estettiin myös merkittävästi. Siirretyt progenitorisolut paransivat AKI:ta integroitumatta isännän munuaiskudokseen, mikä viittaa siihen, että hiPSC-peräisten munuaisten progenitorisolujen erittämien munuaisten troofisten tekijöiden parakriiniset vaikutukset ovat suurelta osin vastuussa terapeuttisesta hyödystä. Näiden tekijöiden selvittäminen auttaa kehittämään anti-AKI-soluhoitoja ja uusia lääkkeitä.

Imberti et ai. raportoivat myös hiPSC-peräisten munuaisten progenitorisolujen käytön terapeuttisesta hyödystä sisplatiinin aiheuttaman AKI:n hiirimallin hoitoon. He injektoivat hiPSC-peräisiä NPC-kaltaisia ​​munuaisten progenitorisoluja AKI-hiirimalliin häntälaskimon kautta. Tämä siirtohoito paransi myös merkittävästi AKI:ta, mikä on osoituksena alentuneista BUN-tasoista ja histologisista löydöksistä.

Vaikka erilaistumisprotokolla munuaisten progenitorisolujen tuottamiseksi eroaa AKI-hiirimallin protokollasta, nämä kaksi raporttia osoittavat ensimmäistä kertaa mahdollisen terapeuttisen hyödyn hiPSC-peräisten munuaisten progenitorisolujen käytöstä munuaissairauden hoidossa.

Yrtti Cistanche

Johtopäätös ja tulevaisuuden näkymät

Huomattavaa edistystä on saavutettu alkion munuaisten progenitorisolujen ja munuaiskudoksen tuottamisessa hPSC:istä. Ennen kliinistä käyttöä on kuitenkin vielä voitettava esteitä. Munuaisten rekonstruktiossa ei ole saavutettu suurempien munuaiskudosten ja lantion ja virtsanjohtimen kaltaisten rakenteiden muodostumista, joissa keräyskanavat aggregoituvat. Lisäksi tarvitaan hiPSC-peräisten munuaisrakenteiden integrointi suuriin verisuoniin. Soluterapiaa, jossa käytetään hiPSC-peräisiä munuaisten progenitorisoluja, tulee myös tutkia CKD-mallissa. Lopuksi hiPSC-pohjaisia ​​malleja on kehitetty useille munuaissairauksille, mukaan lukien ADPKD, ja niiden odotetaan tunnistavan lääkekandidaattiyhdisteitä munuaissairauksia vastaan.

Cistanche tubulosa -uute

VIITTEET

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Vähentynyt siliaarinen polykystiini-2 indusoiduissa pluripotenteissa kantasoluissa polykystistä munuaissairauspotilaista, joilla on PKD1-mutaatioita. 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 Clinical and Experimental Nephrology (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. MMP1:n tunnistaminen uudeksi riskitekijäksi kallonsisäisille aneurysmille ADPKD:ssä käyttäen iPSC-malleja. Sci Rep. 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, Little MH. Potilaiden iPSC-peräiset munuaisorganoidit osoittavat siliopaattisen munuaisfenotyypin toiminnallista validointia ja paljastavat taustalla olevat patogeneettiset mekanismit. Olen 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. Nefroottisesta taudista peräisin olevat organoidit iPSC:t tunnistavat heikentyneen NEPHRINin lokalisoinnin ja rakokalvon muodostumisen munuaisten podosyyteissä. Kantasoluraportit. 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. Ihmisen PSC-peräisten munuaisorganoidien luominen kuviollisilla nefronisegmenteillä ja de novo verisuoniverkostolla. Solujen kantasolu. 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. Tehokas seulonta tehostaa munuaisten organoidien erilaistumista ihmisen pluripotenteista kantasoluista ja mahdollistaa automatisoidun moniulotteisen fenotyypin määrityksen. Solujen kantasolu. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Uusi ADPKD-malli, jossa käytetään sairausspesifisistä ihmisen iPSC:istä johdettuja munuaisorganoideja. 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. Ihmisen pluripotentti kantasoluperäinen erytropoietiinia tuottavat solut parantavat munuaisanemiaa hiirillä. 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. Soluterapia, jossa käytetään ihmisen aiheuttamia pluripotentteja kantasoluista peräisin olevia munuaisten esisoluja, parantaa akuuttia munuaisvauriota hiirillä. Stem Cells 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. Uuden menetelmän kehittäminen ihmisen iPSC-peräisten munuaisten progenitorien rikastamiseksi käyttämällä solun pintamarkkereita. Sci Rep. 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. Ihmisen iPSC:istä peräisin olevat munuaisten esisolut juurtuvat ja palauttavat toiminnan akuutin munuaisvaurion hiirimalli. Sci Rep. 2015;5:8826.