Sygdomsmodellering

iPSC-teknologien har gjort det muligt at skabe in vitro-sygdomsmodeller, hvor sygdomsspecifikke hiPSC'er fra patientens somatiske celler eller differentieret til beskadigede celletyper ved at redigere sygdomsfremkaldende gener i hiPSC'er fra raske donorer for at efterligne sygdomsfænotypen (Figur 1a). tidligere arbejde af Freedman et al. fra autosomale dominante PKD1-genmutationer forårsaget af polycystisk nyresygdom (ADPKD) genererede patienter hiPSC'er og fandt, at hiPSC'er og deres differentierede celler udviste nedregulering af polycystin 2, hvilket belyser en ny mekanisme, hvorved PKD1-genet, der koder for polycystin 1, regulerer polycystin 2-ekspressioner. Vores gruppe dyrkede hiPSC'er fra patienter med ADPKD, inklusive dem med kombinerede intrakranielle aneurismer, og bekræftede, at intracellulær calciumhåndtering og ekspression af ekstracellulære matrix-relaterede gener blev ændret i vaskulære celler differentieret fra hiPSC'er, i overensstemmelse med vaskulære celler fra en musemodel af ADPKD og nyrecysteceller fra patienter med ADPKD.

Figur 1: Modellering af ADPKD ved hjælp af sygdomsspecifikke hiPSC'er. a: Et skema, der viser sygdomsmodelleringsforskning for ADPKD. Sygdomsspecifikke hiPSC'er er afledt ved at omprogrammere de somatiske celler fra ADPKD-patienter eller genredigering af PKD1/2 i hiPSC'er afledt af raske donorer. Sygdomsmodeller genereres ved at differentiere de ADPKD-specifikke hiPSC'er til nyrevæv til patologisk analyse og lægemiddelopdagelse

De seneste fremskridt inden for generering af nyreenhedslignende organer fra hiPSC'er har muliggjort modellering af nyresygdomme såsom renal nefropati, medfødt nefrotisk syndrom og autosomal recessiv polycystisk nyresygdom (ARPKD). Modeller af ADPKD-nyrecyster, der anvender nyreenhedslignende organer, er blevet genereret fra genredigerede rene søskende-pkd1/2-mutante hESC'er. Ved brug af ADPKD-patientafledte eller genredigerede heterozygote pkd1-mutante hiPSC'er generaliserede disse modeller imidlertid ikke den renale cystefænotype, der ses i ADPKD. I modsætning hertil har vi for nylig genereret nyreenhedslignende organer fra ADPKD patientafledte og genredigerede heterozygote og rene pkd1 mutante hiPSC'er ved forskolinbehandling for at udbrede nyrecyster. Vi bekræftede især, at alle tre hiPSC-typer kan danne nyrecyster (figur 1b-d). Disse nyrecyster reagerede på nogle lægemidler, der vides at hæmme cystedannelse i ADPKD, såsom pattedyrmålet for rapamycin (mTOR), hvilket tyder på, at disse modeller kunne bruges til at screene for lægemiddelforbindelser for at forhindre nyrecystedannelse (figur 1e). Vi er i øjeblikket ved at udvikle et high-throughput kemisk screeningssystem til terapeutisk lægemiddelopdagelse i ADPKD ved at modificere cystemodellen.

Figur 1:b: Repræsentative lysfeltbilleder af vildtype og genredigeret PKD1-mutant hiPSC-afledte nyreorganoider efter 7 dages forskolinbehandling. c: Kvantificering af de cystiske områder af nyreorganoiderne i (b). Data er repræsenteret som middel ±SE fra tre uafhængige eksperimenter med fire replikater i hver. **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.

Klik her for at fåvirkningerne af Cistanche på nyrerneoghvad er Cistanche-ekstrakt

Håndtering af komplikationer af nyresygdomme

Større komplikationer forbundet med kronisk nyresygdom (CKD) omfatter nyreanæmi forårsaget af utilstrækkelig produktion af det renale hæmatopoietiske hormon erythropoietin (EPO). Selvom nyreanæmi er blevet behandlet med succes ved intermitterende administration af rekombinante humane EPO-præparater, er der behov for yderligere fysiologiske terapier. I betragtning af, at EPO også produceres i leveren under embryonal eller voksen alvorlig anæmi, modificerede vi den tidligere rapporterede leverdifferentieringsprotokol for at producere EPO-celler fra hiPSC'er (hiPSC-EPO-celler). Disse hiPSC-EPO-celler opregulerer EPO-produktionen som reaktion på hypoxisk stimulering, svarende til deres in vivo-modstykker. Baseret på kolonidannelsesassays under anvendelse af humane hæmatopoietiske progenitorceller viste EPO-proteiner indeholdt i kultursupernatanter differentieringsfremmende virkninger på den røde afstamning. Desuden forbedrede disse hiPSC-EPO-celler nyreanæmi i 7 måneder efter transplantation i en adenin-induceret musemodel. Således kunne hiPSC-EPO-celler bruges til at opdage nye lægemidler og udvikle cellulære terapier til behandling af nyreanæmi.

standardiseret Cistanche

Celleterapi

Brugen af ​​hiPSC-afledte embryonale nyre-progenitorceller til celleterapi er blevet undersøgt. For at undersøge deres terapeutiske potentiale for nyresygdomme transplanterede vi NPC-lignende nyreprogenitorceller genereret fra hiPSC'er ind i subkapselen af ​​en musemodel af akut nyreskade (AKI) induceret af iskæmi/reperfusionsskade ved hjælp af vores differentieringsmetode og fandt ud af, at transplantation undertrykte signifikant forhøjelsen af ​​blodurinstofnitrogen (BUN) og serumkreatinin (Cre) i værtsmusene. Derudover forbedrede behandlingen signifikant AKI-induceret histologisk skade, såsom tubulær nekrose. Navnlig blev interstitiel fibrose, som afspejler kronisk sygdomsprogression, også signifikant forhindret. Transplanterede progenitorceller forbedrede AKI uden integration i værtsnyrevæv, hvilket tyder på, at de parakrine virkninger af renale trofiske faktorer udskilt af hiPSC-afledte renale progenitorceller i høj grad er ansvarlige for den terapeutiske fordel. Belysning af disse faktorer vil hjælpe i udviklingen af ​​anti-AKI cellulære terapier og nye lægemidler.

Imberti et al. rapporterede også den terapeutiske fordel ved at bruge hiPSC-afledte nyreprogenitorceller til at behandle en musemodel af cisplatin-induceret AKI. De injicerede hiPSC-afledte NPC-lignende nyre-progenitorceller i AKI-musemodellen gennem halevenen. Denne transplantationsbehandling forbedrede også betydeligt AKI, hvilket fremgår af reducerede BUN-niveauer og histologiske fund.

Selvom differentieringsprotokollen til generering af nyre-stamceller adskiller sig fra AKI-musemodellen, viser disse to rapporter for første gang den potentielle terapeutiske fordel ved at bruge hiPSC-afledte nyre-stamceller til behandling af nyresygdom.

Urte Cistanche

Konklusion og fremtidsperspektiv

Der er gjort væsentlige fremskridt med at generere embryonale nyre-progenitorceller og nyrevæv fra hPSC'er. Der er dog stadig nogle forhindringer, der skal overvindes før klinisk anvendelse. Med hensyn til nyrekonstruktion er der ikke opnået generering af større nyrevæv og bækken- og urinlederlignende strukturer, hvori opsamlingskanalerne samler sig. Derudover kræves integration af hiPSC-afledte nyrestrukturer med store blodkar. Celleterapi ved hjælp af hiPSC-afledte nyre-progenitorceller bør også undersøges i en CKD-model. Endelig er hiPSC-baserede modeller blevet udviklet til en række nyresygdomme, herunder ADPKD, og ​​forventes at identificere lægemiddelkandidatforbindelser mod nyresygdomme.

Cistanche tubulosa ekstrakt

REFERENCER

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Reduceret ciliært polycystin-2 i inducerede pluripotente stamceller fra patienter med polycystisk nyresygdom med PKD1-mutationer. 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. Identifikation af MMP1 som en ny risikofaktor for intrakranielle aneurismer i ADPKD ved hjælp af iPSC-modeller. 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, Lille MH. Patient-iPSC-afledte nyreorganoider viser funktionel validering af en ciliopatisk nyrefænotype og afslører underliggende patogenetiske mekanismer. 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. Organoider fra nefrotisk sygdom-afledt iPSC'er identificerer nedsat NEPHRIN-lokalisering og spaltemembrandannelse i nyrepodocytter. Stamcellerapporter. 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. Generering af humane PSC-afledte nyreorganoider med mønstrede nefronsegmenter og et de novo vaskulært netværk. Celle stamcelle. 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. High-throughput screening forbedrer nyreorganoid differentiering fra humane pluripotente stamceller og muliggør automatiseret multidimensionel fænotyping. Celle stamcelle. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. En ny ADPKD-model, der bruger nyreorganoider afledt af sygdomsspecifikke humane iPSC'er. 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 stamcelle-afledt erythropoietin-producerende celler forbedrer nyreanæmi hos mus. 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. Celleterapi ved hjælp af human-induceret pluripotente stamcelle-afledte nyre-forfædre forbedrer akut nyreskade hos mus. Stamceller 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. Udvikling af den nye metode til at berige humane iPSC-afledte nyreprogenitorer ved hjælp af celleoverflademarkører. 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. Renale stamceller afledt af humane iPSC'er indpoder og genopretter funktion i en musemodel af akut nyreskade. Sci Rep. 2015;5:8826.