Modelarea bolii

Tehnologia iPSC a permis crearea de modele de boală in vitro în care hiPSC-urile specifice bolii din celulele somatice ale pacientului sau s-au diferențiat în tipuri de celule deteriorate prin editarea genelor cauzatoare de boli în hiPSC-urile de la donatori sănătoși pentru a imita fenotipul bolii (Figura 1a). lucrările anterioare ale lui Freedman et al. din mutațiile genei PKD1 autosomal dominante cauzate de boala renală polichistică (ADPKD), pacienții au generat hiPSC-uri și au descoperit că hiPSC-urile și celulele lor diferențiate au prezentat o reglare descendentă a policistinei 2, elucidând un mecanism nou prin care gena PKD1 care codifică policistina 1 reglează expresiile policistinei 2. Grupul nostru a cultivat hiPSC de la pacienți cu ADPKD, inclusiv cei cu anevrisme intracraniene combinate și a confirmat că manipularea calciului intracelular și expresia genelor legate de matricea extracelulară au fost modificate în celulele vasculare diferențiate de hiPSC, în concordanță cu celulele vasculare dintr-un model de șoarece de ADPKD și celule de chist renal de la pacienții cu ADPKD.

Figura 1: Modelarea ADPKD folosind hiPSC-uri specifice bolii. a: O schemă care arată cercetarea de modelare a bolii pentru ADPKD. HiPSC-urile specifice bolii sunt derivate prin reprogramarea celulelor somatice ale pacienților cu ADPKD sau editarea genelor PKD1/2 în hiPSC-urile derivate de la donatori sănătoși. Modelele de boală sunt generate prin diferențierea hiPSC-urilor specifice ADPKD în țesuturi renale pentru analiza patologică și descoperirea medicamentelor

Cele mai recente progrese în generarea de organe asemănătoare unității renale din hiPSC au permis modelarea bolilor renale, cum ar fi nefropatia renală, sindromul nefrotic congenital și boala polichistică renală autosomal recesiv (ARPKD). Modele de chisturi renale ADPKD care utilizează organe asemănătoare unității renale au fost generate din hESC-uri mutante pkd1/2 pur-frate modificate genetic. Cu toate acestea, atunci când se utilizează hiPSC-uri mutante pkd1 heterozigote derivate de la pacient sau modificate genetic, aceste modele nu au generalizat fenotipul chistului renal observat în ADPKD. Spre deosebire de aceasta, recent am generat organe asemănătoare unității renale din hiPSC-uri heterozigote și mutante pkd1 pure, derivate de la pacient cu ADPKD și modificate genetic, prin tratamentul cu forskolin pentru a propaga chisturile renale. În special, am confirmat că toate cele trei tipuri de hiPSC pot forma chisturi renale (Figura 1b-d). Aceste chisturi renale au răspuns la unele medicamente despre care se știe că inhibă formarea chistului în ADPKD, cum ar fi ținta mamiferelor a rapamicinei (mTOR), sugerând că aceste modele ar putea fi utilizate pentru a detecta compușii de medicamente pentru a preveni formarea chistului renal (Figura 1e). În prezent, dezvoltăm un sistem de screening chimic de mare capacitate pentru descoperirea de medicamente terapeutice în ADPKD prin modificarea modelului de chist.

Figura 1:b: Imagini reprezentative în câmp luminos ale organoidelor renale mutante PKD1-hiPSC de tip sălbatic și modificate genetic după 7 zile de tratament cu forskolin. c: Cuantificarea zonelor chistice ale organoidelor renale din (b). Datele sunt reprezentate ca medie ± SE din trei experimente independente cu patru replici în fiecare. **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.

Click aici pentru a obțineefectele Cistanche asupra rinichilorșice este extractul de Cistanche

Abordarea complicațiilor bolilor renale

Complicațiile majore asociate cu boala renală cronică (CKD) includ anemia renală cauzată de producția inadecvată a hormonului hematopoietic renal eritropoietina (EPO). Deși anemia renală a fost tratată cu succes prin administrarea intermitentă de preparate recombinate de EPO umană, sunt necesare terapii fiziologice suplimentare. Având în vedere că EPO este produsă și în ficat în timpul anemiei severe embrionare sau adulte, am modificat protocolul de diferențiere a ficatului raportat anterior pentru a produce cu succes celule EPO din hiPSC (celule hiPSC-EPO). Aceste celule hiPSC-EPO reglează producția de EPO ca răspuns la stimularea hipoxică, similar cu omologii lor in vivo. Pe baza testelor de formare a coloniilor folosind celule progenitoare hematopoietice umane, proteinele EPO conținute în supernatantele culturii au arătat efecte de promovare a diferențierii asupra liniei roșii. În plus, aceste celule hiPSC-EPO au îmbunătățit anemia renală timp de 7 luni după transplant într-un model de șoarece indus de adenină. Astfel, celulele hiPSC-EPO ar putea fi folosite pentru a descoperi noi medicamente și pentru a dezvolta terapii celulare pentru tratamentul anemiei renale.

Cistanche standardizată

Terapia celulară

A fost investigată utilizarea celulelor progenitoare renale embrionare derivate din hiPSC pentru terapia celulară. Pentru a investiga potențialul lor terapeutic pentru bolile renale, am transplantat celule progenitoare renale asemănătoare NPC generate din hiPSC în subcapsulara unui model de șoarece de leziune renală acută (AKI) indusă de leziuni de ischemie/reperfuzie folosind metoda noastră de diferențiere și am constatat că transplantul a suprimat semnificativ. creșterea azotului ureic din sânge (BUN) și a creatininei serice (Cre) la șoarecii gazdă. În plus, tratamentul a ameliorat semnificativ leziunile histologice induse de AKI, cum ar fi necroza tubulară. În special, fibroza interstițială, care reflectă progresia bolii cronice, a fost, de asemenea, prevenită în mod semnificativ. Celulele progenitoare transplantate au îmbunătățit AKI fără integrare în țesutul renal gazdă, sugerând că efectele paracrine ale factorilor trofici renali secretați de celulele progenitoare renale derivate din hiPSC sunt în mare măsură responsabile pentru beneficiul terapeutic. Elucidarea acestor factori va ajuta la dezvoltarea de terapii celulare anti-AKI și medicamente noi.

Imberti et al. a raportat, de asemenea, beneficiul terapeutic al utilizării celulelor progenitoare renale derivate din hiPSC pentru a trata un model de șoarece de AKI indusă de cisplatină. Ei au injectat celule progenitoare renale asemănătoare NPC derivate din hiPSC în modelul de șoarece AKI prin vena cozii. Acest tratament de transplant a îmbunătățit, de asemenea, în mod semnificativ AKI, așa cum demonstrează nivelurile reduse de BUN și constatările histologice.

Deși protocolul de diferențiere pentru generarea de celule progenitoare renale diferă de cel al modelului de șoarece AKI, aceste două rapoarte demonstrează pentru prima dată beneficiul terapeutic potențial al utilizării celulelor progenitoare renale derivate din hiPSC pentru tratamentul bolii renale.

Cistanche din plante

Concluzie și perspectivă de viitor

S-au făcut progrese substanțiale în generarea de celule progenitoare renale embrionare și țesut renal din hPSC. Cu toate acestea, există încă unele obstacole de depășit înainte de aplicarea clinică. În ceea ce privește reconstrucția renală, nu s-a realizat generarea de țesuturi renale mai mari și de structuri asemănătoare pelvisului și ureterului, în care se adună canalele colectoare. În plus, este necesară integrarea structurilor renale derivate din hiPSC cu vasele de sânge mari. Terapia celulară folosind celule progenitoare renale derivate din hiPSC ar trebui, de asemenea, examinată într-un model CKD. În cele din urmă, modelele bazate pe hiPSC au fost dezvoltate pentru o serie de boli renale, inclusiv ADPKD, și se așteaptă să identifice compuși candidati la medicamente împotriva bolilor renale.

Extract de Cistanche tubulosa

REFERINȚE

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Policistină ciliară redusă-2 în celulele stem pluripotente induse de la pacienții cu boală renală polichistică cu mutații 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 Clinical and Experimental Nefrology (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. Identificarea MMP1 ca un nou factor de risc pentru anevrismele intracraniene în ADPKD folosind modele iPSC. 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, Micul MH. Organoizii renali derivati ​​din iPSC pacient prezintă validarea funcțională a unui fenotip renal ciliopatic și dezvăluie mecanismele patogenetice subiacente. 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. Organoids from nephrotic disease-derrived iPSC-urile identifică afectarea localizării NEPHRIN și formarea diafragmei fante în podocitele renale. Rapoarte de celule stem. 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. Generarea de organoizi renali derivati ​​din PSC uman cu segmente de nefron modelate și o rețea vasculară de novo. Celulă stem celulară. 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. Screening-ul cu randament ridicat îmbunătățește diferențierea organoide renale de celulele stem pluripotente umane și permite fenotiparea multidimensională automată. Celulă stem celulară. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Un nou model ADPKD folosind organoizi renali derivati ​​din iPSC-uri umane specifice bolii. 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. Human pluripotent stem cell-derived celulele producătoare de eritropoietină ameliorează anemia renală la șoareci. 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 celulară folosind progenitori renali pluripotenți induși de celule stem derivate de la om ameliorează afectarea acută a rinichilor la șoareci. 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. Dezvoltarea noii metode de îmbogățire a progenitorilor renali umani derivați de iPSC folosind markeri de suprafață celulară. 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. Progenitorii renali derivati ​​din iPSC-urile umane grefează și restaurează funcția într-un model de șoarece de leziune renală acută. Sci Rep. 2015;5:8826.