Modellering van ziekten

iPSC-technologie heeft de creatie mogelijk gemaakt van in vitro ziektemodellen waarin ziektespecifieke hiPSC's van somatische cellen van patiënten of gedifferentieerd zijn in beschadigde celtypen door ziekteverwekkende genen in hiPSC's van gezonde donoren te bewerken om het ziektefenotype na te bootsen (Figuur 1a). eerder werk van Freedman et al. van autosomaal dominante PKD1-genmutaties veroorzaakt door polycystische nierziekte (ADPKD) genereerden patiënten hiPSC's en ontdekten dat hiPSC's en hun gedifferentieerde cellen neerwaartse regulatie van polycystine 2 vertoonden, wat een nieuw mechanisme ophelderde waarmee het PKD1-gen dat codeert voor polycystine 1 polycystine 2-expressies reguleert. Onze groep kweekte hiPSC's van patiënten met ADPKD, inclusief die met gecombineerde intracraniale aneurysma's, en bevestigde dat intracellulaire calciumbehandeling en expressie van extracellulaire matrix-gerelateerde genen veranderd waren in vasculaire cellen die gedifferentieerd waren van hiPSC's, consistent met vasculaire cellen van een muismodel van ADPKD en niercystecellen van patiënten met ADPKD.

Figuur 1: ADPKD modelleren met behulp van ziektespecifieke hiPSC's. a: Een schematische weergave van onderzoek naar ziektemodellering voor ADPKD. Ziektespecifieke hiPSC's worden afgeleid door de somatische cellen van ADPKD-patiënten te herprogrammeren of PKD1/2 te bewerken in hiPSC's die zijn afgeleid van gezonde donoren. Ziektemodellen worden gegenereerd door de theADPKD-specifieke hiPSC's te differentiëren in nierweefsels voor pathologische analyse en medicijnontdekking

De nieuwste ontwikkelingen bij het genereren van niereenheidachtige organen uit hiPSC's hebben de modellering van nierziekten zoals niernefropathie, aangeboren nefrotisch syndroom en autosomaal recessieve polycystische nierziekte (ARPKD) mogelijk gemaakt. Modellen van ADPKD-niercysten met behulp van niereenheid-achtige organen zijn gegenereerd uit gen-bewerkte zuivere broer of zus pkd1/2 mutante hESC's. Bij gebruik van ADPKD-patiënt-afgeleide of gen-bewerkte heterozygote pkd1-mutante hiPSC's, generaliseerden deze modellen echter niet het fenotype van de niercyste dat wordt gezien in ADPKD. Daarentegen hebben we onlangs niereenheidachtige organen gegenereerd uit ADPKD-patiënt-afgeleide en gen-bewerkte heterozygote en pure pkd1-mutante hiPSC's door behandeling met forskolin om niercysten te verspreiden. We hebben met name bevestigd dat alle drie de hiPSC-typen niercysten kunnen vormen (Figuur 1b-d). Deze niercysten reageerden op sommige geneesmiddelen waarvan bekend is dat ze cystevorming bij ADPKD remmen, zoals het zoogdierdoel van rapamycine (mTOR), wat suggereert dat deze modellen kunnen worden gebruikt om te screenen op geneesmiddelverbindingen om vorming van niercysten te voorkomen (figuur 1e). We ontwikkelen momenteel een high-throughput chemisch screeningsysteem voor de ontdekking van therapeutische geneesmiddelen in ADPKD door het cystemodel aan te passen.

Figuur 1:b: Representatieve helderveldbeelden van wildtype en gen-bewerkte PKD1-mutant hiPSC-afgeleide nierorganoïden na 7 dagen behandeling met forskoline. c: Kwantificering van de cystische gebieden van de nierorganoïden in (b). Gegevens worden weergegeven als het gemiddelde ± SE van drie onafhankelijke experimenten met elk vier herhalingen. **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.

Klik hier om te krijgende effecten van Cistanche op nierenEnwat is Cistanche-extract

Het aanpakken van de complicaties van nierziekten

Belangrijke complicaties geassocieerd met chronische nierziekte (CKD) zijn onder meer nieranemie veroorzaakt door onvoldoende productie van het renale hematopoëtische hormoon erytropoëtine (EPO). Hoewel nieranemie met succes is behandeld door intermitterende toediening van recombinant humane EPO-preparaten, zijn aanvullende fysiologische therapieën nodig. Aangezien EPO ook in de lever wordt geproduceerd tijdens ernstige bloedarmoede bij embryo's of volwassenen, hebben we het eerder gerapporteerde leverdifferentiatieprotocol aangepast om met succes EPO-cellen te produceren uit hiPSC's (hiPSC-EPO-cellen). Deze hiPSC-EPO-cellen reguleren de EPO-productie als reactie op hypoxische stimulatie, vergelijkbaar met hun in vivo tegenhangers. Gebaseerd op kolonievormingstesten met behulp van menselijke hematopoietische voorlopercellen, vertoonden EPO-eiwitten in kweeksupernatanten differentiatiebevorderende effecten op de rode lijn. Bovendien verbeterden deze hiPSC-EPO-cellen nieranemie gedurende 7 maanden na transplantatie in een adenine-geïnduceerd muismodel. HiPSC-EPO-cellen zouden dus kunnen worden gebruikt om nieuwe geneesmiddelen te ontdekken en cellulaire therapieën te ontwikkelen voor de behandeling van nieranemie.

gestandaardiseerde Cistanche

Cel therapie

Het gebruik van van hiPSC afgeleide embryonale niervoorlopercellen voor celtherapie is onderzocht. Om hun therapeutisch potentieel voor nierziekten te onderzoeken, hebben we NPC-achtige niervoorlopercellen getransplanteerd die zijn gegenereerd uit hiPSC's in het subcapsulaire van een muismodel van acuut nierletsel (AKI) geïnduceerd door ischemie / reperfusieletsel met behulp van onze differentiatiemethode en ontdekten dat transplantatie significant onderdrukte de verhoging van bloedureumstikstof (BUN) en serumcreatinine (Cre) bij de gastheermuizen. Bovendien verbeterde de behandeling de door AKI geïnduceerde histologische schade, zoals tubulaire necrose, aanzienlijk. Met name interstitiële fibrose, die de progressie van chronische ziekte weerspiegelt, werd ook aanzienlijk voorkomen. Getransplanteerde voorlopercellen verbeterden AKI zonder integratie in gastheernierweefsel, wat suggereert dat de paracriene effecten van renale trofische factoren die worden uitgescheiden door van hiPSC afgeleide niervoorlopercellen grotendeels verantwoordelijk zijn voor het therapeutische voordeel. Opheldering van deze factoren zal helpen bij de ontwikkeling van anti-AKI cellulaire therapieën en nieuwe geneesmiddelen.

Imberti et al. meldde ook het therapeutische voordeel van het gebruik van hiPSC-afgeleide niervoorlopercellen om een ​​muismodel van door cisplatine geïnduceerde AKI te behandelen. Ze injecteerden hiPSC-afgeleide NPC-achtige niervoorlopercellen in het AKI-muismodel via de staartader. Deze transplantatiebehandeling verbeterde ook de AKI aanzienlijk, zoals blijkt uit verlaagde BUN-niveaus en histologische bevindingen.

Hoewel het differentiatieprotocol voor het genereren van niervoorlopercellen verschilt van dat van het AKI-muismodel, tonen deze twee rapporten voor het eerst het potentiële therapeutische voordeel aan van het gebruik van hiPSC-afgeleide niervoorlopercellen voor de behandeling van nieraandoeningen.

Kruiden Cistanche

Conclusie en toekomstperspectief

Er is aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het genereren van embryonale niervoorlopercellen en nierweefsel uit hPSC's. Er zijn echter nog enkele obstakels die moeten worden overwonnen voor klinische toepassing. Wat nierreconstructie betreft, is het niet gelukt om grotere nierweefsels en bekken- en ureterachtige structuren te genereren, waarin verzamelkanalen samenklonteren. Bovendien is de integratie van hiPSC-afgeleide nierstructuren met grote bloedvaten vereist. Celtherapie met behulp van hiPSC-afgeleide niervoorlopercellen moet ook worden onderzocht in een CKD-model. Ten slotte zijn op hiPSC gebaseerde modellen ontwikkeld voor een aantal nierziekten, waaronder ADPKD, en zullen naar verwachting kandidaat-medicijnverbindingen tegen nierziekten identificeren.

Cistanche tubulosa-extract

REFERENTIES

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Gereduceerd ciliair polycystine-2 in geïnduceerde pluripotente stamcellen van patiënten met polycysteuze nierziekte met PKD1-mutaties. 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 Klinische en experimentele nefrologie (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. Identificatie van MMP1 als een nieuwe risicofactor voor intracraniale aneurysma's bij ADPKD met behulp van iPSC-modellen. Wetenschappelijk 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, Kleine MH. Patiënt-iPSC-afgeleide nierorganoïden tonen functionele validatie van een ciliopathisch nierfenotype en onthullen onderliggende pathogenetische mechanismen. Ben 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. Organoïden van nefrotische ziekte afgeleid iPSC's identificeren verminderde NEPHRIN-lokalisatie en spleetdiafragmavorming in nierpodocyten. Stamcelrapporten. 2018;11(3):727-40.

5. Laag 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. Generatie van menselijke PSC-afgeleide nierorganoïden met gevormde nefronsegmenten en een de novo vasculair netwerk. Cel Stamcel. 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, Maan RT, Paragas N, Freedman BS. High-throughput screening verbetert de differentiatie van nierorganoïden van menselijke pluripotente stamcellen en maakt geautomatiseerde multidimensionale fenotypering mogelijk. Cel Stamcel. 2018;22(6):929-40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Een nieuw ADPKD-model met behulp van nierorganoïden afgeleid van ziektespecifieke menselijke iPSC's. 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. Van menselijke pluripotente stamcellen afgeleid erytropoëtine-producerende cellen verbeteren nieranemie bij muizen. Sci Vertaal 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. Celtherapie met behulp van door mensen geïnduceerde pluripotente stamcel-afgeleide niervoorlopers verbetert acuut nierletsel bij muizen. Stamcellen 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. Ontwikkeling van de nieuwe methode om menselijke iPSC-afgeleide niervoorlopers te verrijken met behulp van celoppervlaktemarkers. Wetenschappelijk 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. Niervoorlopers afgeleid van menselijke iPSC's implanteren en herstellen de functie in een muismodel van acuut nierletsel. Wetenschappelijk Rep. 2015;5:8826.