Krankheitsmodellierung

Die iPSC-Technologie hat die Erstellung von In-vitro-Krankheitsmodellen ermöglicht, in denen krankheitsspezifische hiPSCs aus somatischen Zellen von Patienten oder in beschädigte Zelltypen differenziert wurden, indem krankheitsverursachende Gene in hiPSCs von gesunden Spendern bearbeitet wurden, um den Krankheitsphänotyp nachzuahmen (Abbildung 1a). frühere Arbeiten von Freedman et al. aus autosomal dominanten PKD1-Genmutationen, die durch polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD) verursacht wurden, erzeugten Patienten hiPSCs und fanden heraus, dass hiPSCs und ihre differenzierten Zellen eine Herunterregulierung von Polycystin 2 aufwiesen, was einen neuen Mechanismus aufklärte, durch den das PKD1-Gen, das für Polycystin 1 kodiert, die Expression von Polycystin 2 reguliert. Unsere Gruppe kultivierte hiPSCs von Patienten mit ADPKD, einschließlich solcher mit kombinierten intrakraniellen Aneurysmen, und bestätigte, dass der Umgang mit intrazellulärem Kalzium und die Expression von Genen im Zusammenhang mit der extrazellulären Matrix in von hiPSCs differenzierten Gefäßzellen verändert waren, was mit Gefäßzellen aus einem Mausmodell von ADPKD übereinstimmt Nierenzystenzellen von Patienten mit ADPKD.

Abbildung 1: Modellierung von ADPKD mit krankheitsspezifischen hiPSCs. a: Ein Schema, das die Krankheitsmodellierungsforschung für ADPKD zeigt. Krankheitsspezifische hiPSCs werden durch Reprogrammierung der somatischen Zellen von ADPKD-Patienten oder Gen-Editierung von PKD1/2 in hiPSCs gewonnen, die von gesunden Spendern stammen. Krankheitsmodelle werden durch Differenzieren der ADPKD-spezifischen hiPSCs in Nierengewebe für die pathologische Analyse und Arzneimittelentdeckung erzeugt

Die neuesten Fortschritte bei der Generierung von Niereneinheiten-ähnlichen Organen aus hiPSCs haben die Modellierung von Nierenerkrankungen wie renaler Nephropathie, kongenitalem nephrotischem Syndrom und autosomal-rezessiver polyzystischer Nierenerkrankung (ARPKD) ermöglicht. Modelle von ADPKD-Nierenzysten unter Verwendung von Organen, die einer Niereneinheit ähneln, wurden aus geneditierten reinen Geschwister-pkd1/2-Mutanten-hESCs erzeugt. Bei Verwendung von von ADPKD-Patienten stammenden oder geneditierten heterozygoten pkd1-Mutanten-hiPSCs verallgemeinerten diese Modelle jedoch nicht den bei ADPKD beobachteten Nierenzysten-Phänotyp. Im Gegensatz dazu haben wir kürzlich Niereneinheit-ähnliche Organe aus von ADPKD-Patienten stammenden und geneditierten heterozygoten und reinen pkd1-Mutanten-hiPSCs durch Forskolinbehandlung zur Vermehrung von Nierenzysten erzeugt. Insbesondere haben wir bestätigt, dass alle drei hiPSC-Typen Nierenzysten bilden können (Abbildung 1b-d). Diese Nierenzysten reagierten auf einige Medikamente, von denen bekannt ist, dass sie die Zystenbildung bei ADPKD hemmen, wie z. B. das Säugetier-Target Rapamycin (mTOR), was darauf hindeutet, dass diese Modelle verwendet werden könnten, um nach Arzneimittelverbindungen zu suchen, um die Bildung von Nierenzysten zu verhindern (Abbildung 1e). Wir entwickeln derzeit ein chemisches Hochdurchsatz-Screening-System für die Entdeckung therapeutischer Arzneimittel bei ADPKD, indem wir das Zystenmodell modifizieren.

Abbildung 1:b: Repräsentative Hellfeldbilder von Wildtyp- und Gen-editierten PKD1--Mutanten-hiPSC-abgeleiteten Nierenorganoiden nach 7 Tagen Forskolin-Behandlung. c: Quantifizierung der zystischen Bereiche der Nierenorganoide in (b). Die Daten sind als Mittelwert ± SE aus drei unabhängigen Experimenten mit jeweils vier Wiederholungen dargestellt. **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.

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Behandlung der Komplikationen von Nierenerkrankungen

Zu den Hauptkomplikationen im Zusammenhang mit chronischer Nierenerkrankung (CKD) gehört die renale Anämie, die durch eine unzureichende Produktion des renalen hämatopoetischen Hormons Erythropoetin (EPO) verursacht wird. Obwohl die renale Anämie erfolgreich durch intermittierende Verabreichung von rekombinanten menschlichen EPO-Präparaten behandelt wurde, sind zusätzliche physiologische Therapien erforderlich. In Anbetracht der Tatsache, dass EPO auch während embryonaler oder erwachsener schwerer Anämie in der Leber produziert wird, haben wir das zuvor berichtete Leberdifferenzierungsprotokoll modifiziert, um erfolgreich EPO-Zellen aus hiPSCs (hiPSC-EPO-Zellen) zu produzieren. Diese hiPSC-EPO-Zellen regulieren die EPO-Produktion als Reaktion auf eine hypoxische Stimulation hoch, ähnlich wie ihre in vivo-Pendants. Basierend auf Koloniebildungsassays mit menschlichen hämatopoetischen Vorläuferzellen zeigten in Kulturüberständen enthaltene EPO-Proteine ​​differenzierungsfördernde Wirkungen auf die rote Linie. Darüber hinaus verbesserten diese hiPSC-EPO-Zellen die renale Anämie für 7 Monate nach der Transplantation in einem Adenin-induzierten Mausmodell. Somit könnten hiPSC-EPO-Zellen verwendet werden, um neue Medikamente zu entdecken und Zelltherapien für die Behandlung von renaler Anämie zu entwickeln.

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Zelltherapie

Die Verwendung von hiPSC-abgeleiteten embryonalen Nierenvorläuferzellen für die Zelltherapie wurde untersucht. Um ihr therapeutisches Potenzial für Nierenerkrankungen zu untersuchen, haben wir NPC-ähnliche Nierenvorläuferzellen, die aus hiPSCs generiert wurden, mit unserer Differenzierungsmethode in das subkapsuläre Mausmodell einer akuten Nierenverletzung (AKI) transplantiert, die durch Ischämie / Reperfusionsverletzung induziert wurde, und festgestellt, dass die Transplantation signifikant unterdrückt wird die Erhöhung von Blut-Harnstoff-Stickstoff (BUN) und Serumkreatinin (Cre) in den Wirtsmäusen. Darüber hinaus besserte die Behandlung den durch AKI induzierten histologischen Schaden, wie z. B. Tubulusnekrose, signifikant. Bemerkenswerterweise wurde auch die interstitielle Fibrose, die das Fortschreiten der chronischen Krankheit widerspiegelt, signifikant verhindert. Transplantierte Vorläuferzellen verbesserten die AKI ohne Integration in das Nierengewebe des Wirts, was darauf hindeutet, dass die parakrinen Wirkungen renaler trophischer Faktoren, die von hiPSC-abgeleiteten renalen Vorläuferzellen ausgeschieden werden, maßgeblich für den therapeutischen Nutzen verantwortlich sind. Die Aufklärung dieser Faktoren wird bei der Entwicklung von Anti-AKI-Zelltherapien und neuartigen Arzneimitteln helfen.

Imbertiet al. berichteten auch über den therapeutischen Nutzen der Verwendung von hiPSC-abgeleiteten renalen Vorläuferzellen zur Behandlung eines Mausmodells von Cisplatin-induzierter AKI. Sie injizierten hiPSC-abgeleitete NPC-ähnliche renale Vorläuferzellen in das AKI-Mausmodell durch die Schwanzvene. Diese Transplantationsbehandlung verbesserte auch signifikant AKI, wie durch reduzierte BUN-Spiegel und histologische Befunde belegt wurde.

Obwohl sich das Differenzierungsprotokoll zur Erzeugung renaler Vorläuferzellen von dem des AKI-Mausmodells unterscheidet, zeigen diese beiden Berichte zum ersten Mal den potenziellen therapeutischen Nutzen der Verwendung von hiPSC-abgeleiteten renalen Vorläuferzellen zur Behandlung von Nierenerkrankungen.

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Fazit und Zukunftsperspektive

Bei der Generierung von embryonalen Nierenvorläuferzellen und Nierengewebe aus hPSCs wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Bis zur klinischen Anwendung sind jedoch noch einige Hürden zu überwinden. Hinsichtlich der Nierenrekonstruktion wurde die Erzeugung größerer Nierengewebe und becken- und harnleiterähnlicher Strukturen, in denen sich Sammelrohre ansammeln, nicht erreicht. Darüber hinaus ist die Integration von hiPSC-abgeleiteten Nierenstrukturen mit großen Blutgefäßen erforderlich. Die Zelltherapie mit hiPSC-abgeleiteten renalen Vorläuferzellen sollte auch in einem CKD-Modell untersucht werden. Schließlich wurden hiPSC-basierte Modelle für eine Reihe von Nierenerkrankungen, einschließlich ADPKD, entwickelt und sollen Wirkstoffkandidaten gegen Nierenerkrankungen identifizieren.

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VERWEISE

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Reduziertes ziliäres Polycystin-2 in induzierten pluripotenten Stammzellen von Patienten mit polyzystischer Nierenerkrankung und PKD1-Mutationen. 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 N. Kondo, F. Kitaoka, N. Amano, S. Arai, T. Ichisaka, N. Matsuura, S. Inoue, T. Yamamoto, K. Takahashi, I. Asaka, Y. Yamada, Y. Ubara, E. Muso, A. Fukatsu, A. Watanabe, Sato Y, Nakahata T, Mori Y, Koizumi A, Nakao K, Yamanaka S, Osafune K. Identifizierung von MMP1 als neuartiger Risikofaktor für intrakranielle Aneurysmen bei ADPKD unter Verwendung von iPSC-Modellen. 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. Aus Patienten-iPSC stammende Nierenorganoide zeigen eine funktionelle Validierung eines ziliopatischen Nierenphänotyps und offenbaren zugrunde liegende pathogenetische Mechanismen. Bin J Hum Genet. 2018;102(5):816– 31.

4. S. Tanigawa, M. Islam, S. Sharmin, H. Naganuma, Y. Yoshimura, F. Haque, T. Era, H. Nakazato, K. Nakanishi, T. Sakuma, T. Yamamoto, H. Kurihara, A. Taguchi, R. Nishinakamura iPSCs identifizieren eine beeinträchtigte NEPHRIN-Lokalisation und Schlitzdiaphragmabildung in Nierenpodozyten. Stammzellberichte. 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. Generation von menschlichen PSC-abgeleiteten Nierenorganoiden mit gemusterten Nephronsegmenten und einem de novo-Gefäßnetzwerk. Zelle Stammzelle. 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, Mond RT, Paragas N, Freedman BS. Hochdurchsatz-Screening verbessert die Unterscheidung von Nierenorganoiden von menschlichen pluripotenten Stammzellen und ermöglicht eine automatisierte mehrdimensionale Phänotypisierung. Zelle Stammzelle. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Ein neuartiges ADPKD-Modell unter Verwendung von Nierenorganoiden, die von krankheitsspezifischen menschlichen iPSCs stammen. Biochem Biophys Res Commun. 2020;12:34–43.

8. H. Hitomi, T. Kasahara, N. Katagiri, A. Hoshina, SI. Mae, M. Kotaka, T. Toyohara, A. Rahman, D. Nakano, A. Niwa, MK. Saito, T. Nakahata, A. Nishiyama, K. Osafune Erythropoetin-produzierende Zellen verbessern die renale Anämie bei Mäusen. Wissenschaftliche 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. Die Zelltherapie mit humaninduzierten pluripotenten Stammzellen-abgeleiteten Nierenvorläufern verbessert die akute Nierenschädigung bei Mäusen. Stammzellen 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. Entwicklung der neuen Methode zur Anreicherung humaner iPSC-abgeleiteter Nierenvorläufer mit Zelloberflächenmarkern. Sci Rep. 2018;8(1):6375.

11. B. Imberti, S. Tomasoni, O. Ciampi, A. Pezzotta, M. Derosas, C. Xinaris, P. Rizzo, E. Papadimou, R. Novelli, A. Benigni, G. Remuzzi, M. Morigi Mausmodell einer akuten Nierenschädigung. Sci Rep. 2015;5:8826.