Slimību modelēšana

iPSC tehnoloģija ir ļāvusi izveidot in vitro slimību modeļus, kuros slimībai specifiski hiPSC no pacienta somatiskajām šūnām vai diferencēti bojātos šūnu tipos, rediģējot slimību izraisošos gēnus veselu donoru hiPSC, lai atdarinātu slimības fenotipu (1.a attēls). agrākais Freedman et al darbs. no autosomāli dominējošām PKD1 gēna mutācijām, ko izraisīja policistisko nieru slimība (ADPKD), pacienti radīja hiPSC un atklāja, ka hiPSC un to diferencētās šūnas uzrādīja policistīna 2 pazemināšanos, izskaidrojot jaunu mehānismu, ar kuru PKD1 gēns, kas kodē policistīnu 1, regulē policistīna 2 ekspresiju. Mūsu grupa kultivēja hiPSC no pacientiem ar ADPKD, tostarp tiem, kuriem ir kombinētas intrakraniālas aneirismas, un apstiprināja, ka intracelulārā kalcija apstrāde un ar ekstracelulāro matricu saistīto gēnu ekspresija tika mainīta asinsvadu šūnās, kas diferencētas no hiPSC, kas atbilst asinsvadu šūnām no ADPKD peles modeļa un nieru cistu šūnas no pacientiem ar ADPKD.

1. attēls: ADPKD modelēšana, izmantojot slimībai specifiskus hiPSC. a: shēma, kas parāda ADPKD slimību modelēšanas pētījumus. Slimībām specifiski hiPSC tiek iegūti, pārprogrammējot ADPKD pacientu somatiskās šūnas vai rediģējot PKD1/2 gēnu hiPSC, kas iegūti no veseliem donoriem. Slimību modeļus ģenerē, diferencējot ADPKD specifiskos hiPSC nieru audos patoloģiskai analīzei un zāļu atklāšanai

Jaunākie sasniegumi nieru vienībai līdzīgu orgānu radīšanā no hiPSC ir ļāvuši modelēt tādas nieru slimības kā nieru nefropātija, iedzimts nefrotiskais sindroms un autosomāli recesīvā policistiskā nieru slimība (ARPKD). ADPKD nieru cistu modeļi, izmantojot nieru vienībai līdzīgus orgānus, ir izveidoti no gēnu rediģētiem tīriem brāļiem un māsām pkd1 / 2 mutantu hESC. Tomēr, izmantojot ADPKD pacientu atvasinātus vai gēnu rediģētus heterozigotus pkd1 mutantu hiPSC, šie modeļi neģeneralizēja ADPKD novēroto nieru cistu fenotipu. Turpretim mēs nesen radījām nieru vienībai līdzīgus orgānus no ADPKD pacientiem iegūtiem un gēnu rediģētiem heterozigotiem un tīriem pkd1 mutantu hiPSC, ārstējot ar forskolīnu, lai izplatītu nieru cistas. Proti, mēs apstiprinājām, ka visi trīs hiPSC veidi var veidot nieru cistas (1b-d attēls). Šīs nieru cistas reaģēja uz dažām zālēm, par kurām zināms, ka tās inhibē cistu veidošanos ADPKD, piemēram, rapamicīna (mTOR) mērķi zīdītājiem, kas liecina, ka šos modeļus var izmantot, lai pārbaudītu zāļu savienojumus, lai novērstu nieru cistu veidošanos (1.e attēls). Pašlaik mēs izstrādājam augstas caurlaidības ķīmiskās skrīninga sistēmu terapeitisko zāļu atklāšanai ADPKD, pārveidojot cistas modeli.

1. attēls:b: reprezentatīvi spilgta lauka attēli no savvaļas tipa un gēnu rediģētiem PKD1-mutantu hiPSC iegūtiem nieru organoīdiem pēc 7 dienu ārstēšanas ar forskolīnu. c: nieru organoīdu cistisko zonu kvantitatīva noteikšana b) apakšpunktā. Dati ir attēloti kā vidējais ± SE no trim neatkarīgiem eksperimentiem ar četriem atkārtojumiem katrā. **lpp<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.

Noklikšķiniet šeit, lai iegūtuCistanche ietekme uz nierēmunkas ir Cistanche ekstrakts

Nieru slimību komplikāciju risināšana

Galvenās komplikācijas, kas saistītas ar hronisku nieru slimību (HNS), ir nieru anēmija, ko izraisa nepietiekama nieru hematopoētiskā hormona eritropoetīna (EPO) ražošana. Lai gan nieru anēmija ir veiksmīgi ārstēta, periodiski ievadot rekombinantos cilvēka EPO preparātus, ir nepieciešama papildu fizioloģiska terapija. Ņemot vērā, ka EPO tiek ražots arī aknās embrionālās vai pieaugušo smagas anēmijas laikā, mēs modificējām iepriekš ziņoto aknu diferenciācijas protokolu, lai veiksmīgi ražotu EPO šūnas no hiPSC (hiPSC-EPO šūnām). Šīs hiPSC-EPO šūnas pārregulē EPO ražošanu, reaģējot uz hipoksisku stimulāciju, līdzīgi kā to in vivo kolēģi. Pamatojoties uz koloniju veidošanās testiem, izmantojot cilvēka hematopoētiskās cilmes šūnas, EPO proteīni, kas atrodas kultūras supernatantos, uzrādīja diferenciāciju veicinošu ietekmi uz sarkano līniju. Turklāt šīs hiPSC-EPO šūnas uzlaboja nieru anēmiju 7 mēnešus pēc transplantācijas adenīna izraisītā peles modelī. Tādējādi hiPSC-EPO šūnas varētu izmantot, lai atklātu jaunas zāles un izstrādātu šūnu terapiju nieru anēmijas ārstēšanai.

standartizēta Cistanche

Šūnu terapija

Ir pētīta no hiPSC iegūto embrionālo nieru cilmes šūnu izmantošana šūnu terapijā. Lai izpētītu to terapeitisko potenciālu nieru slimību gadījumā, izmantojot mūsu diferenciācijas metodi, mēs pārstādījām NPC līdzīgas nieru cilmes šūnas, kas ģenerētas no hiPSC, peles akūtu nieru bojājumu (AKI) modeļa subkapsulā, ko izraisīja išēmijas/reperfūzijas traumas, un atklājām, ka transplantācija ievērojami nomāc. urīnvielas slāpekļa (BUN) un seruma kreatinīna (Cre) līmeņa paaugstināšanās saimniekpelēm. Turklāt ārstēšana ievērojami uzlaboja AKI izraisītus histoloģiskus bojājumus, piemēram, tubulāro nekrozi. Proti, tika ievērojami novērsta arī intersticiāla fibroze, kas atspoguļo hroniskas slimības progresēšanu. Transplantētās cilmes šūnas uzlaboja AKI bez integrācijas saimnieka nieru audos, kas liecina, ka no hiPSC iegūto nieru cilmes šūnu izdalītā nieru trofisko faktoru parakrīnā iedarbība lielā mērā ir atbildīga par terapeitisko ieguvumu. Šo faktoru noskaidrošana palīdzēs izstrādāt anti-AKI šūnu terapiju un jaunas zāles.

Imberti et al. ziņoja arī par terapeitisko ieguvumu no hiPSC iegūto nieru cilmes šūnu izmantošanas, lai ārstētu cisplatīna izraisītas AKI peles modeli. Viņi caur astes vēnu AKI peles modelī injicēja no hiPSC iegūtas NPC līdzīgas nieru cilmes šūnas. Šī transplantācijas ārstēšana arī ievērojami uzlaboja AKI, par ko liecina samazināts BUN līmenis un histoloģiskie atradumi.

Lai gan diferenciācijas protokols nieru cilmes šūnu ģenerēšanai atšķiras no AKI peles modeļa, šie divi ziņojumi pirmo reizi parāda iespējamo terapeitisko ieguvumu no hiPSC iegūto nieru cilmes šūnu izmantošanas nieru slimību ārstēšanai.

Zāļu Cistanche

Secinājums un nākotnes perspektīva

Ir panākts ievērojams progress embriju nieru cilmes šūnu un nieru audu veidošanā no hPSC. Tomēr pirms klīniskās lietošanas joprojām ir jāpārvar daži šķēršļi. Attiecībā uz nieru rekonstrukciju nav panākta lielāku nieru audu un iegurņa un urīnvada līdzīgu struktūru veidošanās, kurās tiek apkopoti savākšanas kanāli. Turklāt ir nepieciešama no hiPSC iegūto nieru struktūru integrācija ar lieliem asinsvadiem. Šūnu terapija, izmantojot no hiPSC iegūtas nieru cilmes šūnas, arī jāpārbauda CKD modelī. Visbeidzot, uz hiPSC balstīti modeļi ir izstrādāti vairākām nieru slimībām, tostarp ADPKD, un paredzams, ka tie identificēs zāļu kandidātu savienojumus pret nieru slimībām.

Cistanche tubulosa ekstrakts

ATSAUCES

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Samazināts ciliārais policistīns-2 inducētās pluripotentās cilmes šūnās no policistiskas nieru slimības pacientiem ar PKD1 mutācijām. 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. Identification of MMP1 as a novel risk factor for intrakranial aneurysms in ADPKD using iPSC models. 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, Oshleck A, Patel C, Mallett A, Simons C, Mazais MH. No pacienta iPSC iegūtie nieru organoīdi parāda ciliopātiskā nieru fenotipa funkcionālu apstiprinājumu un atklāj pamatā esošos patoģenētiskos mehānismus. 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. Organoīdi, kas iegūti no nefrotiskas slimības iPSC identificē traucētu NEPHRIN lokalizāciju un spraugas diafragmas veidošanos nieru podocītos. Ziņojumi par cilmes šūnām. 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. Generation of human PSC derived nieru organoids with patterned nephron segments and a de novo asinsvadu tīkls. Šūnu cilmes šūna. 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. Augstas caurlaidības skrīnings uzlabo nieru organoīdu diferenciāciju no cilvēka pluripotentajām cilmes šūnām un nodrošina automatizētu daudzdimensiju fenotipēšanu. Šūnu cilmes šūna. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Jauns ADPKD modelis, izmantojot nieru organoīdus, kas iegūti no slimības specifiskiem cilvēka iPSC. 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. No cilvēka pluripotentām cilmes šūnām iegūtas eritropoetīnu ražojošās šūnas uzlabo nieru anēmiju pelēm. 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. Šūnu terapija, izmantojot cilvēka izraisītus pluripotentus cilmes šūnu izcelsmes nieru priekštečus, uzlabo akūtu nieru bojājumu pelēm. Cilmes šūnas 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. Jaunās metodes izstrāde, lai bagātinātu cilvēka iPSC iegūtos nieru priekštečus, izmantojot šūnu virsmas marķierus. 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. Nieru priekšteči, kas iegūti no cilvēka iPSC, iekļūst un atjauno funkciju akūtu nieru bojājumu peles modelis. Sci Rep. 2015;5:8826.