Modeliranje bolesti

iPSC tehnologija omogućila je stvaranje in vitro modela bolesti u kojima su hiPSC-i specifični za bolest iz somatskih stanica pacijenta ili diferencirani u tipove oštećenih stanica uređivanjem gena koji uzrokuju bolest u hiPSC-ima od zdravih donora kako bi oponašali fenotip bolesti (Slika 1a). raniji rad Freedmana et al. od autosomno dominantnih mutacija gena PKD1 uzrokovanih policističnom bolešću bubrega (ADPKD) pacijenti su generirali hiPSC i otkrili da hiPSC i njihove diferencirane stanice pokazuju nižu regulaciju policistina 2, razjašnjavajući novi mehanizam kojim gen PKD1 koji kodira policistin 1 regulira ekspresiju policistina 2. Naša je skupina uzgajala hiPSC-ove pacijenata s ADPKD-om, uključujući one s kombiniranim intrakranijalnim aneurizmama, i potvrdila da su intracelularno rukovanje kalcijem i ekspresija gena povezanih s izvanstaničnim matriksom promijenjeni u vaskularnim stanicama diferenciranim od hiPSC-a, u skladu s vaskularnim stanicama iz mišjeg modela ADPKD-a i stanice bubrežne ciste pacijenata s ADPKD.

Slika 1: Modeliranje ADPKD pomoću hiPSC-a specifičnih za bolest. a: Shematski prikaz istraživanja modeliranja bolesti za ADPKD. HiPSC-i specifični za bolest dobiveni su reprogramiranjem somatskih stanica pacijenata s ADPKD-om ili uređivanjem gena PKD1/2 u hiPSC-ima dobivenim od zdravih donora. Modeli bolesti generiraju se diferencijacijom hiPSC specifičnih za ADPKD u bubrežna tkiva za patološku analizu i otkrivanje lijekova

Najnoviji napredak u stvaranju organa sličnih bubrežnim jedinicama iz hiPSC-a omogućio je modeliranje bubrežnih bolesti kao što su bubrežna nefropatija, kongenitalni nefrotski sindrom i autosomno recesivna policistična bolest bubrega (ARPKD). Modeli ADPKD bubrežnih cista korištenjem organa sličnih bubrežnim jedinicama generirani su iz genski uređenih čisto-bratskih pkd1/2 mutantnih hESC-ova. Međutim, pri korištenju heterozigotnih pkd1 mutantnih hiPSC-ova dobivenih od ADPKD pacijenata ili genski uređenih, ovi modeli nisu generalizirali fenotip bubrežne ciste viđen u ADPKD. Nasuprot tome, nedavno smo generirali organe slične bubrežnim jedinicama iz heterozigotnih i čistih pkd1 mutantnih hiPSC-ova dobivenih od pacijenata s ADPKD-om i uređenih genima tretmanom forskolinom za širenje bubrežnih cista. Naime, potvrdili smo da sva tri tipa hiPSC mogu formirati bubrežne ciste (Slika 1b-d). Ove bubrežne ciste reagirale su na neke lijekove za koje je poznato da inhibiraju stvaranje cista kod ADPKD-a, kao što je meta rapamicina kod sisavaca (mTOR), što sugerira da bi se ovi modeli mogli koristiti za pretraživanje spojeva lijekova kako bi se spriječilo stvaranje bubrežnih cista (Slika 1e). Trenutačno razvijamo visokoučinkoviti sustav kemijskog probira za otkrivanje terapijskih lijekova u ADPKD modificiranjem modela ciste.

Slika 1:b: Reprezentativne slike svijetlog polja organoida bubrega divljeg tipa i genski uređenog PKD1-mutiranog hiPSC-a nakon 7 dana liječenja forskolinom. c: Kvantifikacija cističnih područja organoida bubrega u (b). Podaci su predstavljeni kao srednja vrijednost±SE iz tri neovisna eksperimenta s četiri ponavljanja u svakom. **str<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.

Kliknite ovdje za preuzimanjeučinci Cistanche na bubregeišto je Cistanche ekstrakt

Liječenje komplikacija bubrežnih bolesti

Glavne komplikacije povezane s kroničnom bubrežnom bolešću (CKD) uključuju bubrežnu anemiju uzrokovanu neadekvatnom proizvodnjom bubrežnog hematopoetskog hormona eritropoetina (EPO). Iako se bubrežna anemija uspješno liječi intermitentnom primjenom pripravaka rekombinantnog humanog EPO, potrebne su dodatne fiziološke terapije. Uzimajući u obzir da se EPO također proizvodi u jetri tijekom embrionalne ili odrasle teške anemije, modificirali smo prethodno prijavljeni protokol diferencijacije jetre kako bismo uspješno proizveli EPO stanice iz hiPSC (hiPSC-EPO stanice). Ove hiPSC-EPO stanice pojačavaju proizvodnju EPO kao odgovor na hipoksičnu stimulaciju, slično njihovim in vivo kopijama. Na temelju ispitivanja formiranja kolonija korištenjem ljudskih hematopoetskih stanica preteča, EPO proteini sadržani u supernatantima kulture pokazali su učinke koji potiču diferencijaciju na crvenu lozu. Nadalje, ove hiPSC-EPO stanice poboljšale su bubrežnu anemiju 7 mjeseci nakon transplantacije u mišjem modelu izazvanom adeninom. Stoga bi se hiPSC-EPO stanice mogle koristiti za otkrivanje novih lijekova i razvoj staničnih terapija za liječenje bubrežne anemije.

standardizirani Cistanche

Stanična terapija

Istraživana je upotreba embrionalnih stanica preteča bubrega izvedenih iz hiPSC-a za staničnu terapiju. Kako bismo istražili njihov terapeutski potencijal za bubrežne bolesti, transplantirali smo bubrežne progenitorske stanice slične NPC-u stvorene iz hiPSC-a u subkapsular mišjeg modela akutne ozljede bubrega (AKI) izazvane ishemijom/reperfuzijskom ozljedom koristeći našu metodu diferencijacije i otkrili da je transplantacija značajno potisnula povišenje dušika uree u krvi (BUN) i serumskog kreatinina (Cre) u miševa domaćina. Osim toga, liječenje je značajno ublažilo histološka oštećenja izazvana AKI, kao što je tubularna nekroza. Naime, intersticijska fibroza, koja odražava progresiju kronične bolesti, također je značajno spriječena. Transplantirane progenitorske stanice poboljšale su AKI bez integracije u tkivo bubrega domaćina, što sugerira da su parakrini učinci bubrežnih trofičnih čimbenika koje izlučuju bubrežne progenitorske stanice izvedene iz hiPSC-a uvelike odgovorni za terapijsku korist. Razjašnjenje ovih čimbenika pomoći će u razvoju staničnih terapija protiv AKI i novih lijekova.

Imberti i sur. također su izvijestili o terapijskoj dobrobiti korištenja hiPSC-deriviranih bubrežnih progenitorskih stanica za liječenje mišjeg modela cisplatinom izazvane AKI. Oni su kroz repnu venu u AKI mišji model ubrizgali NPC-izvedene hiPSC stanice-progenitore. Ovaj tretman transplantacije također je značajno poboljšao AKI, što je dokazano smanjenim razinama BUN i histološkim nalazima.

Iako se protokol diferencijacije za generiranje bubrežnih progenitorskih stanica razlikuje od onog kod AKI mišjeg modela, ova dva izvješća po prvi put pokazuju potencijalnu terapijsku korist korištenja bubrežnih progenitorskih stanica izvedenih iz hiPSC za liječenje bolesti bubrega.

Biljna cistanča

Zaključak i buduća perspektiva

Postignut je značajan napredak u stvaranju embrionalnih progenitorskih stanica bubrega i bubrežnog tkiva iz hPSC. Međutim, još uvijek postoje neke prepreke koje treba prevladati prije kliničke primjene. Što se tiče rekonstrukcije bubrega, nije postignuto stvaranje većih bubrežnih tkiva i struktura sličnih zdjelici i ureteru, u kojima se skupljaju sabirni kanalići. Dodatno, potrebna je integracija bubrežnih struktura izvedenih iz hiPSC-a s velikim krvnim žilama. Staničnu terapiju korištenjem bubrežnih progenitorskih stanica izvedenih iz hiPSC također treba ispitati u modelu CKD. Konačno, modeli temeljeni na hiPSC razvijeni su za niz bubrežnih bolesti uključujući ADPKD, a očekuje se da identificiraju spojeve kandidate za lijekove protiv bubrežnih bolesti.

Ekstrakt Cistanche tubulosa

REFERENCE

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Smanjeni cilijarni policistin-2 u induciranim pluripotentnim matičnim stanicama pacijenata s policističnom bolešću bubrega s PKD1 mutacijama. 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 Klinička i eksperimentalna nefrologija (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. Identifikacija MMP1 kao novog čimbenika rizika za intrakranijalne aneurizme kod ADPKD pomoću iPSC modela. Sci Rep. 2015;6:30013.

3. Forbes TA, Howden SE, Lawlor K, Phipson B, Maksimović 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. Organoidi bubrega dobiveni iz iPSC bolesnika pokazuju funkcionalnu potvrdu ciliopatskog bubrežnog fenotipa i otkrivaju temeljne patogenetske mehanizme. 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. Organoidi iz nefrotske bolesti iPSC identificiraju poremećenu lokalizaciju NEPHRINA i formiranje prorezne dijafragme u podocitima bubrega. Izvješća o matičnim stanicama. 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. Generacija humanih organoida bubrega izvedenih iz PSC-a s uzorkovanim segmentima nefrona i de novo vaskularnom mrežom. Matične stanice stanica. 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. Probir visoke propusnosti poboljšava diferencijaciju organoida bubrega iz ljudskih pluripotentnih matičnih stanica i omogućuje automatizirano višedimenzionalno fenotipiziranje. Matične stanice stanica. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Novi ADPKD model koji koristi bubrežne organoide izvedene iz ljudskih iPSC specifičnih za bolest. 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. Izvori ljudskih pluripotentnih matičnih stanica stanice koje proizvode eritropoetin ublažavaju bubrežnu anemiju kod miševa. 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. Stanična terapija koja koristi pluripotentne bubrežne preteče izvedene iz ljudskih induciranih matičnih stanica ublažava akutnu ozljedu bubrega kod miševa. Matične stanice 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. Razvoj nove metode za obogaćivanje ljudskih iPSC-izvedenih bubrežnih progenitora korištenjem staničnih površinskih markera. 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. Renalni progenitori izvedeni iz ljudskih iPSC-ova usađuju i obnavljaju funkciju u mišji model akutne ozljede bubrega. Sci Rep. 2015;5:8826.