Моделирование заболеваний

Технология иПСК позволила создать модели заболеваний in vitro, в которых специфические для заболевания ИПСК из соматических клеток пациента или дифференцировались в типы поврежденных клеток путем редактирования вызывающих заболевание генов в ИПСК от здоровых доноров для имитации фенотипа заболевания (рис. 1а). более ранняя работа Freedman et al. из-за аутосомно-доминантных мутаций гена PKD1, вызванных поликистозной болезнью почек (ADPKD), пациенты генерировали hiPSCs и обнаружили, что hiPSCs и их дифференцированные клетки демонстрируют подавление полицистина 2, объясняя новый механизм, с помощью которого ген PKD1, кодирующий полицистин 1, регулирует экспрессию полицистина 2. Наша группа культивировала hiPSCs пациентов с ADPKD, в том числе с комбинированными внутричерепными аневризмами, и подтвердила, что внутриклеточная обработка кальция и экспрессия генов, связанных с внеклеточным матриксом, были изменены в сосудистых клетках, дифференцированных из hiPSCs, что согласуется с сосудистыми клетками из мышиной модели ADPKD и клетки почечной кисты у пациентов с АДПБП.

Рисунок 1: Моделирование ADPKD с использованием hiPSCs, специфичных для заболевания. а: Схема, показывающая исследование моделирования заболевания для АДПБП. hiPSC, специфичные для заболевания, получают путем перепрограммирования соматических клеток пациентов с ADPKD или редактирования генов PKD1/2 в hiPSC, полученных от здоровых доноров. Модели заболеваний создаются путем дифференцировки hiPSCs, специфичных для ADPKD, в почечные ткани для патологического анализа и открытия лекарств.

Последние достижения в создании органов, подобных почечным единицам, из hiPSCs позволили моделировать почечные заболевания, такие как почечная нефропатия, врожденный нефротический синдром и аутосомно-рецессивная поликистозная болезнь почек (ARPKD). Модели почечных кист ADPKD с использованием органов, подобных почечным единицам, были созданы из отредактированных генов pkd1 / 2 мутантных hESC чистых братьев и сестер. Однако при использовании гетерозиготных hiPSC с мутацией pkd1, полученных от пациентов с ADPKD, или с отредактированным геном, эти модели не обобщали фенотип почечной кисты, наблюдаемый при ADPKD. Напротив, мы недавно создали органы, подобные почечной единице, из гетерозиготных и чистых мутантных hiPSCs, полученных от пациентов с ADPKD, и отредактированных генов с помощью лечения форсколином для размножения почечных кист. Примечательно, что мы подтвердили, что все три типа hiPSC могут образовывать почечные кисты (рис. 1b-d). Эти почечные кисты реагировали на некоторые препараты, которые, как известно, ингибируют образование кист при ADPKD, такие как мишень рапамицина у млекопитающих (mTOR), что позволяет предположить, что эти модели можно использовать для скрининга лекарственных соединений для предотвращения образования почечных кист (рис. 1e). В настоящее время мы разрабатываем высокопроизводительную систему химического скрининга для обнаружения терапевтических препаратов при АДПБП путем модификации модели кисты.

Рисунок 1:b: Репрезентативные изображения в светлом поле почечных органоидов дикого типа и отредактированных генами 1-PKD1-мутантных hiPSC после 7 дней лечения форсколином. c: Количественная оценка кистозных областей почечных органоидов на (b). Данные представлены как среднее ± стандартная ошибка из трех независимых экспериментов с четырьмя повторами в каждом. **п<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.

Нажмите здесь, чтобы получитьВлияние Цистанхе на почкиичто такое экстракт цистанхе

Устранение осложнений заболеваний почек

Основные осложнения, связанные с хронической болезнью почек (ХБП), включают почечную анемию, вызванную недостаточной продукцией почечного гемопоэтического гормона эритропоэтина (ЭПО). Хотя почечная анемия успешно лечится прерывистым введением рекомбинантных препаратов ЭПО человека, необходимы дополнительные физиологические методы лечения. Учитывая, что ЭПО также вырабатывается в печени во время тяжелой анемии у эмбрионов или взрослых, мы модифицировали ранее описанный протокол дифференцировки печени, чтобы успешно получать клетки ЭПО из hiPSCs (клетки hiPSC-EPO). Эти клетки hiPSC-EPO усиливают продукцию EPO в ответ на гипоксическую стимуляцию, подобно их аналогам in vivo. Основываясь на анализе образования колоний с использованием гемопоэтических клеток-предшественников человека, белки ЭПО, содержащиеся в культуральных супернатантах, показали эффекты, способствующие дифференцировке красной линии. Кроме того, эти клетки hiPSC-EPO уменьшали почечную анемию в течение 7 месяцев после трансплантации в мышиной модели, индуцированной аденином. Таким образом, клетки hiPSC-EPO могут быть использованы для открытия новых лекарств и разработки клеточной терапии для лечения почечной анемии.

стандартизированный цистанхе

Клеточная терапия

Было исследовано использование клеток-предшественников эмбриональных почек, полученных из hiPSC, для клеточной терапии. Чтобы исследовать их терапевтический потенциал при почечных заболеваниях, мы трансплантировали NPC-подобные почечные клетки-предшественники, полученные из hiPSCs, в субкапсулярную модель острого повреждения почек (ОПП), вызванного ишемией/реперфузией у мышей, с использованием нашего метода дифференцировки и обнаружили, что трансплантация значительно подавляет повышение азота мочевины крови (BUN) и креатинина сыворотки (Cre) у мышей-хозяев. Кроме того, лечение значительно уменьшало вызванное ОПП гистологическое повреждение, такое как канальцевый некроз. Примечательно, что интерстициальный фиброз, который отражает прогрессирование хронического заболевания, также был значительно предотвращен. Трансплантированные клетки-предшественники улучшили ОПП без интеграции в ткань почки хозяина, что свидетельствует о том, что паракринные эффекты почечных трофических факторов, секретируемых клетками-предшественниками, происходящими из hiPSC, в значительной степени ответственны за терапевтический эффект. Выяснение этих факторов поможет в разработке клеточной терапии против ОПП и новых лекарств.

Имберти и др. также сообщили о терапевтическом эффекте использования почечных клеток-предшественников, полученных из hiPSC, для лечения мышиной модели цисплатин-индуцированного ОПП. Они вводили NPC-подобные почечные клетки-предшественники, полученные из hiPSC, мышиной модели с ОПП через хвостовую вену. Это трансплантационное лечение также значительно улучшило ОПП, о чем свидетельствует снижение уровня мочевины мочевины и результаты гистологического исследования.

Хотя протокол дифференцировки для получения почечных клеток-предшественников отличается от такового для мышиной модели ОПП, эти два сообщения впервые демонстрируют потенциальную терапевтическую пользу от использования почечных клеток-предшественников, полученных из hiPSC, для лечения заболевания почек.

Травяной Цистанхе

Заключение и перспективы на будущее

Существенный прогресс был достигнут в получении эмбриональных клеток-предшественников почки и почечной ткани из hPSCs. Тем не менее, есть еще некоторые препятствия, которые необходимо преодолеть перед клиническим применением. Что касается реконструкции почки, то создание более крупных почечных тканей и структур, подобных лоханке и мочеточнику, в которых агрегируются собирательные протоки, достигнуто не было. Кроме того, требуется интеграция почечных структур, полученных из hiPSC, с крупными кровеносными сосудами. Клеточная терапия с использованием почечных клеток-предшественников, полученных из hiPSC, также должна быть изучена на модели ХБП. Наконец, модели на основе hiPSC были разработаны для ряда почечных заболеваний, включая ADPKD, и ожидается, что они позволят идентифицировать соединения-кандидаты для лечения почечных заболеваний.

Экстракт цистанхе трубчатой

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Фридман Б.С., Лам А.К., Сундсбак Дж.Л., Ятрино Р., Су Х., Кун С.Дж., Ву М., Дахерон Л., Харрис П.С., Чжоу Дж., Бонвентре Дж.В. Снижение цилиарного полицистина -2 в индуцированных плюрипотентных стволовых клетках у пациентов с поликистозной болезнью почек с мутациями PKD1. J Am Soc Нефрол. 2013;24(10):1571–86.

2. Амеку Т., Таура Д., Соне М., Нумата Т., Накамура М., Сиота Ф., Тойода Т., Мацуи С., Араока Т., Ясуно Т., Маэ С.И., Кобаяши Х., 584 Clinical and Experimental Nephrology (2021) 25: 574– 584 1 3 Кондо Н., Китаока Ф., Амано Н., Араи С., Ичисака Т., Мацуура Н., Иноуэ С., Ямамото Т., Такахаши К., Асака И., Ямада Ю., Убара Ю., Мусо Э., Фукацу А., Ватанабэ А., Sato Y, Nakahata T, Mori Y, Koizumi A, Nakao K, Yamanaka S, Osafune K. Идентификация MMP1 как нового фактора риска внутричерепных аневризм при ADPKD с использованием моделей iPSC. Научный доклад 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, Саймонс С, Литтл М.Х. Органоиды почек, полученные из ИПСК пациента, демонстрируют функциональное подтверждение цилиопатического почечного фенотипа и раскрывают основные патогенетические механизмы. Am J Hum Genet. 2018;102(5):816–31.

4. Танигава С., Ислам М., Шармин С., Наганума Х., Йошимура Й., Хак Ф., Эра Т., Наказато Х., Наканиши К., Сакума Т., Ямамото Т., Курихара Х., Тагучи А., Нишинакамура Р. Органоиды из нефротических заболеваний. ИПСК выявляют нарушение локализации NEPHRIN и формирование щелевой диафрагмы в подоцитах почек. Отчеты о стволовых клетках. 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. Генерация почечных органоидов, полученных из PSC человека, с сегментами нефрона с рисунком и сосудистой сетью de novo. Клеточная стволовая клетка. 2019;25(3):373–879.

6. Чернецкий С.М., Круз Н.М., Хардер Дж.Л., Менон Р., Аннис Дж., Отто Э.А., Гулиева Р.Е., Ислас Л.В., Ким Ю.К., Тран Л.М., Мартинс Т.Дж., Пиппин Дж.В., Фу Х., Крецлер М., Шенкленд С.Дж., Химмельфарб Дж., Мун Р.Т., Парагас Н., Фридман Б.С. Высокопроизводительный скрининг улучшает дифференцировку почечных органоидов от плюрипотентных стволовых клеток человека и позволяет проводить автоматизированное многомерное фенотипирование. Клеточная стволовая клетка. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Новая модель ADPKD с использованием почечных органоидов, полученных из ИПСК человека, специфичных для заболевания. Biochem Biophys Res Commun. 2020;12:34–43.

8. Хитоми Х., Касахара Т., Катагири Н., Хошина А., Мае С.И., Котака М., Тойохара Т., Рахман А., Накано Д., Нива А., Сайто М.К., Накахата Т., Нишияма А., Осафунэ К. Полученные из плюрипотентных стволовых клеток человека Клетки, продуцирующие эритропоэтин, улучшают почечную анемию у мышей. Sci Transl Med. 2017;9(409):eaaj2300.

9. Тойохара Т., Маэ С.И., Суэта С.И., Иноуэ Т., Ямагиши Ю., Кавамото Т., Касахара Т., Хосина А., Тойода Т., Танака Х., Араока Т., СатоОцубо А., Такахаши К., Сато Ю., Ямаджи Н., Огава С., Яманака С., Осафунэ К. Клеточная терапия с использованием индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, полученных из почек-предшественников, улучшает острое повреждение почек у мышей. Стволовые клетки Transl Med. 2015;4(9):980–92.

10. Хошина А., Кавамото Т., Суэта С.И., Мае С.И., Араока Т., Танака Х., Сато Ю., Ямагиши Ю., Осафунэ К. Разработка нового метода обогащения почечных предшественников, полученных из иПСК человека, с использованием маркеров клеточной поверхности. Научный доклад 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. Почечные предшественники, полученные из ИПСК человека, приживаются и восстанавливают функцию в мышиная модель острого повреждения почек. Научный доклад 2015; 5:8826.