Haiguste modelleerimine

iPSC-tehnoloogia on võimaldanud luua in vitro haigusmudeleid, milles haigusspetsiifilised hiPSC-d patsiendi keharakkudest või diferentseeruvad kahjustatud rakutüüpideks, redigeerides haigusi põhjustavaid geene tervete doonorite hiPSC-des, et jäljendada haiguse fenotüüpi (joonis 1a). Freedmani jt varasemad tööd. Polütsüstilise neeruhaiguse (ADPKD) põhjustatud autosomaalsetest domineerivatest PKD1 geenimutatsioonidest genereerisid patsiendid hiPSC-sid ja leidsid, et hiPSC-d ja nende diferentseerunud rakud näitasid polütsüstiini 2 allareguleerimist, selgitades uudset mehhanismi, mille abil polütsüstiini 1 kodeeriv PKD1 geen reguleerib polütsüstiini 2 ekspressiooni. Meie rühm kultiveeris ADPKD-ga patsientide, sealhulgas kombineeritud intrakraniaalsete aneurüsmidega patsientide hiPSC-sid ja kinnitas, et rakusisene kaltsiumi käitlemine ja ekstratsellulaarse maatriksiga seotud geenide ekspressioon on muutunud hiPSC-dest diferentseeritud vaskulaarsetes rakkudes, mis on kooskõlas ADPKD hiiremudeli vaskulaarsete rakkudega ja ADPKD-ga patsientide neerutsüstrakud.

Joonis 1: ADPKD modelleerimine haigusspetsiifiliste hiPSC-de abil. a: skeem, mis näitab ADPKD haiguste modelleerimise uuringuid. Haigusspetsiifilised hiPSC-d saadakse ADPKD patsientide somaatiliste rakkude ümberprogrammeerimise või PKD1 / 2 geeni redigeerimise teel tervetelt doonoritelt saadud hiPSC-des. Haigusmudelid luuakse ADPKD-spetsiifiliste hiPSC-de diferentseerimisel neerukudedeks patoloogilise analüüsi ja ravimite avastamiseks

Viimased edusammud neeruüksusetaoliste elundite loomisel hiPSC-dest on võimaldanud modelleerida selliseid neeruhaigusi nagu neerunefropaatia, kaasasündinud nefrootiline sündroom ja autosoomne retsessiivne polütsüstiline neeruhaigus (ARPKD). ADPKD neerutsüstide mudelid, mis kasutavad neeruüksusetaolisi elundeid, on loodud geeniga redigeeritud puhastest õdedest pkd1 / 2 mutantidest hESC-dest. Kuid ADPKD patsiendilt saadud või geeniga redigeeritud heterosügootsete pkd1 mutantsete hiPSC-de kasutamisel ei üldistanud need mudelid ADPKD-s täheldatud neerutsüstide fenotüüpi. Seevastu genereerisime hiljuti neerutsüstide paljundamiseks forskoliiniravi abil ADPKD patsientidest pärinevatest ja geeniga redigeeritud heterosügootsetest ja puhastest pkd1 mutantidest hiPSC-dest neeruüksusetaolisi elundeid. Eelkõige kinnitasime, et kõik kolm hiPSC tüüpi võivad moodustada neerutsüste (joonis 1b–d). Need neerutsüstid reageerisid mõnele ravimile, mis teadaolevalt pärsivad ADPKD-s tsüstide moodustumist, näiteks rapamütsiini (mTOR) imetajate sihtmärk, mis viitab sellele, et neid mudeleid saab kasutada ravimiühendite skriinimiseks, et vältida neerutsüstide moodustumist (joonis 1e). Praegu töötame välja suure läbilaskevõimega keemilise sõelumissüsteemi terapeutiliste ravimite avastamiseks ADPKD-s, muutes tsüstimudelit.

Joonis 1:b: esinduslikud ereda väljaga kujutised metsikut tüüpi ja geeniga redigeeritud PKD1-mutantsest hiPSC-st pärinevatest neeruorganoididest pärast 7-päevast forskoliiniravi. c: Neeru organoidide tsüstiliste piirkondade kvantifitseerimine punktis b. Andmed on esitatud keskmisena ± SE kolmest sõltumatust katsest, millest igaühes on neli kordust. **lk<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.

Hankimiseks klõpsake siinCistanche mõju neerudelejamis on Cistanche ekstrakt

Neeruhaiguste tüsistuste käsitlemine

Kroonilise neeruhaigusega (CKD) seotud peamised tüsistused hõlmavad neerude aneemiat, mis on põhjustatud neerude hematopoeetilise hormooni erütropoetiini (EPO) ebapiisavast tootmisest. Kuigi neeruaneemiat on edukalt ravitud inimese rekombinantsete EPO preparaatide vahelduva manustamisega, on vaja täiendavaid füsioloogilisi ravimeetodeid. Arvestades, et EPO toodetakse maksas ka embrüonaalse või täiskasvanud raske aneemia ajal, muutsime varem teatatud maksa diferentseerumisprotokolli, et edukalt toota EPO rakke hiPSC-dest (hiPSC-EPO rakud). Need hiPSC-EPO rakud reguleerivad EPO tootmist vastusena hüpoksilisele stimulatsioonile sarnaselt nende in vivo kolleegidega. Inimese vereloome eellasrakke kasutavate kolooniate moodustumise analüüside põhjal näitasid kultuuri supernatantides sisalduvad EPO valgud punasele liinile diferentseerumist soodustavat toimet. Lisaks parandasid need hiPSC-EPO rakud neeruaneemiat 7 kuu jooksul pärast siirdamist adeniiniga indutseeritud hiiremudelis. Seega saaks hiPSC-EPO rakke kasutada uute ravimite avastamiseks ja rakuteraapiate väljatöötamiseks neeruaneemia raviks.

standardiseeritud Cistanche

Rakuteraapia

Uuritud on hiPSC-st pärinevate embrüonaalsete neerude eellasrakkude kasutamist rakuteraapias. Nende terapeutilise potentsiaali uurimiseks neeruhaiguste korral siirdasime hiPSC-dest genereeritud NPC-sarnased neerude eellasrakud isheemia/reperfusioonikahjustuse põhjustatud ägeda neerukahjustuse (AKI) hiiremudeli subkapslisse, kasutades meie diferentseerimismeetodit ja leidsime, et siirdamine pärsib oluliselt. vere uurea lämmastiku (BUN) ja seerumi kreatiniini (Cre) taseme tõus peremeeshiirtel. Lisaks leevendas ravi oluliselt AKI-indutseeritud histoloogilisi kahjustusi, nagu tubulaarnekroos. Nimelt hoiti oluliselt ära ka interstitsiaalne fibroos, mis peegeldab kroonilise haiguse progresseerumist. Siirdatud eellasrakud parandasid AKI-d peremeesorganismi neerukoesse integreerimata, mis viitab sellele, et hiPSC-st pärinevate neerude eellasrakkude poolt sekreteeritud neeru troofiliste tegurite parakriinsed mõjud on suures osas vastutavad terapeutilise kasu eest. Nende tegurite väljaselgitamine aitab välja töötada AKI-vastaseid rakuteraapiaid ja uudseid ravimeid.

Imberti jt. teatasid ka hiPSC-st pärinevate neerude eellasrakkude kasutamise terapeutilisest kasust tsisplatiini poolt indutseeritud AKI hiiremudeli raviks. Nad süstisid hiPSC-st tuletatud NPC-sarnaseid neeru eellasrakke AKI hiiremudelisse sabaveeni kaudu. See siirdamisravi parandas oluliselt ka AKI-d, mida tõendavad vähenenud BUN tasemed ja histoloogilised leiud.

Kuigi neerude eellasrakkude genereerimise diferentseerimisprotokoll erineb AKI hiiremudeli omast, näitavad need kaks aruannet esimest korda potentsiaalset terapeutilist kasu, mis tuleneb hiPSC-st pärinevate neerude eellasrakkude kasutamisest neeruhaiguste raviks.

Taimne Cistanche

Järeldus ja tulevikuperspektiiv

Märkimisväärseid edusamme on tehtud embrüonaalsete neerude eellasrakkude ja neerukoe loomisel hPSC-dest. Enne kliinilist kasutamist tuleb siiski ületada mõned takistused. Neerude rekonstrueerimisega seoses ei ole saavutatud suuremate neerukudede ning vaagna- ja kusejuhalaadsete struktuuride teket, milles kogunevad kanalid. Lisaks on vajalik hiPSC-st pärinevate neerustruktuuride integreerimine suurte veresoontega. CKD mudelis tuleks uurida ka rakuteraapiat, milles kasutatakse hiPSC-st pärinevaid neeru eellasrakke. Lõpuks on hiPSC-põhised mudelid välja töötatud mitmete neeruhaiguste, sealhulgas ADPKD jaoks, ja eeldatavasti tuvastavad need ravimikandidaatühendid neeruhaiguste vastu.

Cistanche tubulosa ekstrakt

VIITED

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Vähenenud tsiliaarne polütsüstiini-2 sisaldus PKD1 mutatsioonidega polütsüstilise neeruhaigusega patsientide indutseeritud pluripotentsetes tüvirakkudes. 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 tuvastamine uudse intrakraniaalsete aneurüsmide riskifaktorina ADPKD-s iPSC mudelite abil. 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. Patsiendi iPSC-st pärinevad neeruorganoidid näitavad tsiliopaatilise neerufenotüübi funktsionaalset valideerimist ja paljastavad selle aluseks olevad patogeneetilised mehhanismid. 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. Nefrootilisest haigusest pärinevad organoidid iPSC-d tuvastavad neeru podotsüütides kahjustatud NEPHRINI lokaliseerimise ja pilu diafragma moodustumise. Tüvirakkude aruanded. 2018;11(3):727–40.

5. Madal 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. Inimese PSC-st saadud neeruorganoidide genereerimine mustriliste nefronisegmentide ja de novo veresoonte võrguga. Raku tüvirakk. 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. Suure läbilaskevõimega sõeluuring suurendab neerude organoidide diferentseerumist inimese pluripotentsetest tüvirakkudest ja võimaldab automatiseeritud mitmemõõtmelist fenotüüpimist. Raku tüvirakk. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Uudne ADPKD mudel, mis kasutab haigusespetsiifilistest inimese iPSC-dest saadud neeruorganoide. 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. Inimese pluripotentsed tüvirakud erütropoetiini tootvad rakud leevendavad hiirte neeruaneemiat. 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. Rakuteraapia, milles kasutatakse inimese indutseeritud pluripotentseid tüvirakkudest pärinevaid neerude eellasrakke, parandab hiirte ägedat neerukahjustust. Tüvirakud 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. Uue meetodi väljatöötamine inimese iPSC-st saadud neerude eellasrakkude rikastamiseks rakupinna markerite abil. 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. Inimese iPSC-dest saadud neerude eellased siirduvad ja taastavad funktsiooni ägeda neerukahjustuse hiiremudel. Sci Rep. 2015;5:8826.