Y học tái tạo dựa trên công nghệ IPSC cho các bệnh thận

edmund.chen@wecistanche.com

Trừu tượngVới một vài phương pháp điều trị chữa bệnh chobệnh thận, ngày càng chú ý đến y học tái tạo như một lựa chọn điều trị mới. Tiến bộ gần đây trongthậntái tạo bằng cách sử dụng tế bào gốc đa năng do con người gây ra (hiPSCs) là đáng chú ý. Dựa trên kiến thức vềthậnsự phát triển, sự phân bổ có hướng của hiPSCs thành hai phôi thaithậntổ tiên, tế bào tổ tiên của nephron (NPC) và chồi niệu quản (UB), đã được thiết lập, cho phép tạo ra nephron và thu thập các chất hữu cơ ống dẫn. Hơn nữa, con ngườithậncác mô có thể được tạo ra từ các tổ tiên có nguồn gốc hiPSC này, trong đó cầu thận có nguồn gốc từ NPC vàThậnống và ống thu thập có nguồn gốc từ UB được kết nối với nhau. Cảm ứngthậncác mô được tiếp tục mạch máu khi cấy vào chuột suy giảm miễn dịch. Ngoàithậntái tạo để sử dụng trong cấy ghép, người ta đã chứng minh rằng liệu pháp tế bào sử dụng NPC có nguồn gốc hiPSC cải thiện cấp tínhchấn thương thận(AKI) ở chuột. Mô hình hóa bệnh tật và nghiên cứu khám phá thuốc bằng cách sử dụng hiPSCs phổ bệnh cũng đã được tiến hành mạnh mẽ để không thể giải quyết đượcthậnrối loạn, chẳng hạn như đa nang chiếm ưu thế trên NST thườngbệnh thận(ADPKD). Trong nỗ lực giải quyết các biến chứng liên quan đếnbệnh thận, các tế bào sản xuất erythropoietin (EPO) có nguồn gốc từ hiPSC đã được tạo ra thành công để khám phá các loại thuốc và phát triển liệu pháp tế bào choThậnthiếu máu. Đánh giá này tóm tắt tình trạng hiện tại và quan điểm tương lai của sinh học phát triển củathậnvà y học tái tạo dựa trên công nghệ iPSC chobệnh thận.

Từ khoá:iPSC; Tái tạo thận; Tế bào tổ tiên Nephron; Chồi niệu quản; Liệu pháp tế bào; Mô hình bệnh, thận, thận.

Giới thiệu  Bệnh thậngây ra các vấn đề y tế to lớn và gánh nặng kinh tế trên toàn thế giới, nhưng có rất ít phương pháp điều trị chữa bệnh ngoại trừThậncấy ghép, bị cản trở bởi tình trạng thiếu hụt nội tạng hiến tặng nghiêm trọng [1]. Một giải pháp là phát triển chiến lược y học tái tạo sử dụng tế bào gốc đa năng của con người (hPSCs), chẳng hạn như tế bào gốc phôi thai (hESC) và tế bào gốc đa năng cảm ứng (hiPSCs) [2]. Bởi vì tiềm năng của chúng để sinh sôi nảy nở bất chấp và phân tán vào bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể bao gồmThậncác tế bào, hPSCs dự kiến sẽ phục vụ như một nguồn tế bào cho y học tái tạo, chẳng hạn nhưthậntái tạo và điều trị tế bào. Ngoài ra, các hPSC phổ bệnh có khuynh hướng di truyền gây ra bệnh specifc có thể được sử dụng để phát triển các mô hình phân tích bệnh lý và khám phá thuốc, trong đó các loại tế bào bị tổn thương khác với hPSCs tái tạo các kiểu hình bệnh trong ống nghiệm [2]. Trong bài viết này, tôi tóm tắt những tiến bộ gần đây trongthậnnghiên cứu tái tạo dựa trên sinh học phát triển và mô tả các quan điểm tương lai của y học tái tạo và mô hình bệnh tật chobệnh thận.

Người phát triển thậnt  Thậncó nguồn gốc từ một lớp mầm phôi thai sớm, lớp trung gian trung gian (IM) [3] (Hình 1a). Ở động vật có xương sống, IM liên tiếp làm phát sinh bathậnpronephros, mesonephros và metanephros (Hình 1b). Mesonephros là người lớnthậncủa fsh và động vật lưỡng cư, trong khi metanephros là người lớnthậncủa các loài bò sát, chim và động vật có vú.  Trong khi ba điều nàythậntương tự ở chỗ chúng bao gồm nephron, một đơn vị chức năng củathận, số lượng nephron của họ difers. Động vật có vú trưởng thànhthậnmetanephros

Hình 1 Sự khác biệt được định hướng củathậntế bào dòng dõi. a-c Bản vẽ sơ đồ cho thấy thông số kỹ thuật mesoderm (a), sự hình thành của bathận(b) và phát triển metanephros (c). IM: trung gian mesoderm; MM: trung mô metanephric; UB: chồi niệu quản. d Miễn dịch các tế bào tổ tiên nephron có nguồn gốc từ hiPSC (NPC) cho OSR1, SIX2 và HOXD11. e Miễn dịch hóa một chất hữu cơ nephron được hình thành từ các NPC có nguồn gốc hiPSC sau 10 ngày nuôi cấy giữa các mặt không khí-lỏng. PODXL: Podocalyxin (podocyte marker; màu trắng); LTL: Lotus tetragonolobus lectin (đánh dấu ống gần; màu đỏ); CDH1: CADHERIN 1 (đánh dấu ống xa; màu xanh lá cây). f, g Miễn dịch các tế bào IM trước cho OSR1 (xanh lá cây) và GATA3 (đỏ; f) và tổng hợp tế bào ống dẫn nephric cho E-CADHERIN (xanh lá cây), GATA3 (đỏ) và hạt nhân (xanh dương; g). h Thay đổi hình thái trong quá trình tái tạo các cơ quan iUB phân nhánh trong 7 ngày. i Miễn dịch của một organoid iUB cho RET (màu xanh lá cây), CK8 (đỏ) và PAX2 (màu xanh lam). j Toluidine nhuộm màu xanh của một organoid iUB cho thấy lumens hình ống.  k Hình ảnh bright-feld (trái) và hình ảnh miễn dịch (giữa và phải) của việc thu thập các cấu trúc hình ống giống như ống dẫn có nguồn gốc từ một organoid iUB cho FOXA1 (trắng), AQP2 (đỏ) và GATA3 (xanh lá cây). Thanh quy mô, 100 μm. (d) và (e) được điều chỉnh từ Tsujimoto et al. [12], (f) và (g)–(k) được điều chỉnh từ Mae et al. [14, 15], tương ứng được hình thành bởi sự tương tác qua lại giữa hai mô phôi IMderived, trung mô metanephric (MM) và chồi niệu quản (UB; Hình 1c). MM làm phát sinh nephron và kẽ của người lớnthận, trong khi UB phân chia để xây dựng đường tiết niệu dưới từ các ống thu thập đến một phần của bàng quang tiết niệu [3]. Bằng cách tạo ra một xét nghiệm nhân bản mới, chúng tôi đã chứng minh rằng MM chứa các tế bào tổ tiên đa năng có thể phân bổ thành nhiều loại tế bào biểu mô cấu thành nephron, chẳng hạn như tế bào vỏ cầu thận vàThậnbiểu mô hình ống [4]. Sau đó, các thí nghiệm truy tìm dòng dõi tiết lộ rằng những tổ tiên này được đánh dấu bằng yếu tố phiên mã Six2 [5]. Những tổ tiên này hiện được gọi là tế bào tổ tiên nephron (NPC). Taguchi và cộng sự.  đã chứng minh rằng IM được chia thành các miền trước và sau, làm phát sinh UB và MM, tương ứng [6].  Dựa trên những fndings củathậnphát triển, những nỗ lực mạnh mẽ đã được thực hiện để tái tạothậntế bào dòng dõi từ hPSCs.

Hướng dẫn diferientiation của hPSCs vào dòng dõi thận Là bước quan trọng nhất để trực tiếp phân bổ hiPSCs vàothậndòng dõi bằng cách bắt chướcthậnphát triển, nhóm của chúng tôi tập trung vào việc tạo ra các tế bào IM và tạo ra các dòng hiPSC phóng viên cho gen OSR1, một dấu hiệu quang phổ cho IM [7], bằng cách chỉnh sửa gen [8]. Sử dụng hệ thống đánh giá định lượng và các dòng hiPSC của phóng viên, chúng tôi đã phát triển một giao thức phân tán hiệu quả cao để tạo ra hiPSCs vào các tế bào IM biểu hiện OSR1. Những tế bào IM gây ra này cho thấy tiềm năng phát triển để tiếp tục phân bổ thành các loại tế bào thận trưởng thành, chẳng hạn như tế bào trứng cầu thận vàThậntế bào ống, trong ống nghiệm và để hình thành cấu trúc hình ống ba chiều (3D) bằng cách kết hợp với các tế bào siêu hình của chuột [8, 9].

Taguchi et al. for the frst time đã phát triển các phương pháp phân biệt chọn lọc để tạo ra các NPC thông qua IM sau từ cả ESC chuột (mESC) và hiPSCs và cũng tạo ra các organoid nephron có chứa cầu thận vàThậnống nghiệm trong ống nghiệm từ các NPC gây ra [6]. Takasato và cộng sự.  báo cáo việc tạo rathậnorganoids chứa nhiềuThậncác loại tế bào, chẳng hạn như cầu thận,Thậnống, ống thu thập, tế bào mô đệm và tế bào mạch máu [10]. Bằng cách phát triển hệ thống nuôi cấy 2D, Morizane et al. đã tạo ra các NPC từ hiPSCs một cách hiệu quả và sau đó là nephron organoids từ các NPC [11]. Gần đây hơn, nhóm của chúng tôi đã phát triển một phương pháp phân bổ từng bước để tạo ra hiPSCs thành NPC một cách hiệu quả với tiềm năng phân tán để hình thành các organoids nephron [12] (Hình 1d, e). Phương pháp phân tán của chúng tôi bao gồm 6 bước tóm tắt chặt chẽ hơn quá trình phát triển tự nhiên của các NPC so với các phương pháp được báo cáo bởi Takasato et al. và Morizane et al. [10, 11] và tạo ra các NPC ở định dạng phân tán 2D hiệu quả hơn so với phương pháp của Taguchi et al. sử dụng văn hóa 3D [6].

Về sự phân biệt trực tiếp của các dòng dõi UB, Taguchi và Nishinakamura đã phân bổ các mESC và hiPSCs thông qua IM trước và ống dẫn nephric (ND) vào các cấu trúc UBlike [13]. Tuy nhiên, hiệu quả cảm ứng của ND epithelia thấp, và việc thanh lọc các tế bào ND bằng phương pháp tế bào học fow là cần thiết cho các phân tích tiếp theo. Chúng tôi đã phát triển một phương pháp phân tán 2D hiệu quả hơn để tạo ra biểu mô ND từ hiPSCs thông qua IM trước và bao gồm các bước phân tán tiếp theo mà không cần thuần hóa [14] (Hình 1f, g). Các tế bào ND cảm ứng hình thành các cấu trúc giống như UB với đầu RET (+) và các miền thân cây CK8 (+) trong nuôi cấy 3D. Tuy nhiên, các cấu trúc giống như UB được tạo ra bởi cả hai nhóm cho thấy tiềm năng phân nhánh hạn chế. Gần đây hơn, bằng cách sửa đổi phương pháp phân biệt UB của chúng tôi, chúng tôi đã tạo ra thành công các organoids cảm ứng UB (iUB) có cực tính biểu mô, lumen hình ống và hình thái phân nhánh lặp đi lặp lại [15] (Hình 1h – j). Hơn nữa, chúng tôi đã thành công trong việc lôi kéo các organoid iUB này tham gia vào việc thu thập các chất hữu cơ ống dẫn tương ứng với các đối tác in vivo của chúng trong phôi người tuần mang thai 7 (Hình 1k).

Mở rộng tổ tiên thậnĐể cung cấp một số lượng lớnThậntế bào cho nghiên cứu cơ bản và lâm sàng, phương pháp nuôi cấy mở rộng trong ống nghiệm cho phôi thaithậntổ tiên đã được điều tra. Brown et al. và Tanigawa et al. đã báo cáo sự mở rộng trong ống nghiệm của các NPC được loại bỏ khỏi phôi chuột [16, 17]. Li và cộng sự.  các NPC mở rộng và duy trì có nguồn gốc từ cả phôi chuột và phôi người trong ống nghiệm trong một thời gian dài bằng cách sử dụng nuôi cấy tổng hợp tế bào 3D trong 17 và 7 tháng, tương ứng [18].  Nhóm cũng mở rộng các NPC được phân bổ từ hiPSCs trong ống nghiệm trong 2 tháng bằng các phương pháp tương tự. Mặc dù tất cả ba phương pháp này đều sử dụng protein hình thái xương (BMP) 7, vai trò của BMP7 trong việc mở rộng NPC vẫn chưa được biết.  Bằng cách sàng lọc các hợp chất hóa học, chúng tôi đã xác định được chất ức chế JAK3, TCS21311, thay thế cho BMP7 trong văn hóa mở rộng được phát triển bởi Li et al. [18] và tiết lộ vai trò ức chế mới của BMP7 trong JAK3-STAT3 báo hiệu cho việc mở rộng NPC [19]. Hơn nữa, việc bổ sung TCS21311 vào nuôi cấy mở rộng đã cải thiện tốc độ tăng sinh của cả NPC có nguồn gốc từ phôi chuột và hiPSC. Gần đây hơn, chúng tôi đã phát triển một nền văn hóa mở rộng cho các tế bào UB có nguồn gốc từ hiPSC, trong đó các tế bào đơn lẻ phân ly từ các organoid iUB sinh sôi nảy nở để tạo thành các khuẩn lạc biểu hiện các dấu hiệu đầu UB [15]. Các khuẩn lạc đầu này có thể điều chỉnh lại các organoid iUB với tiềm năng phân nhánh lặp đi lặp lại và quá trình phục hồi này có thể được lặp lại ít nhất ba lần.

Hình 2 Tái thiết củathậnCấu trúc. một sơ đồ cho thấy việc tạo ra các cấu trúc dễ bị tổn thương từ nắp động vật của phôi Xenopus. b – d Toàn bộ gắn kết (b) và hình ảnh miễn dịch kép phần (c, d) của một giai đoạn 42 tương đương Xenopus explant (b, c) và một ấu trùng giai đoạn 40 (d) sử dụng một ống ống dễ bị tổn thương-specifc kháng thể (3G8, màu đỏ) và một kháng thể ống-specifc dễ bị tổn thương (4A6, màu xanh lam). e Sơ đồ cho thấy sự tái tạo trong ống nghiệm củathậncấu trúc từ hiPSCs. f Tăng miễn dịch gấp ba lần trong ngày 20thậnorganoids cho các dấu hiệu của tế bào podocytes (PODXL), ống gần (LTL) và ống xa và ống dẫn thu thập (CDH1; bên trái), và cho PODXL và các dấu hiệu của ống xa và ống thu thập (AVPR2) và ống dẫn colleting chỉ (CALB1; phải). Lưu ý rằng tín hiệu CDH1 yếu cũng được tìm thấy trong các phần của ống gần LTL + ở bảng điều khiển bên trái. g Một sơ đồ cho thấy sự tái tạo in vivo củathậncấu trúc từ hiPSCs. h Một hình ảnh magnifcation thấp hơn hiển thị toàn bộ máy chủthậnvà có nguồn gốc từ hiPSCthậnghép (màu xanh lá cây) sau khi quản lý dextran liên hợp rhodamine B qua tĩnh mạch đuôi của chuột chủ. i Một hình ảnh hiển vi multiphoton trong nội sọ sau khi tiêm tĩnh mạch đuôi của dextran liên hợp rhodamine B cho thấy lòng mạch của chuột chủ xâm nhập vào cấu trúc giống như cầu thận có nguồn gốc hiPSC (màu xanh lá cây).  Các thanh tỷ lệ, 100 μm in (b)–(d) và (f), 500 μm in (h) và 40 μm in (i). (b)–(d) và (e)–(i) được điều chỉnh từ Osafune et al. [22] và Tsujimoto et al. [12], tương ứng [22]

Tái tạo thận Các công trình trước đó để xây dựng lạithậncác cấu trúc sử dụng vùng ectoderm giả định của trứng được thụ tinh lưỡng cư, được gọi là nắp động vật, là một khối tế bào đa năng (Hình 2a). Moriya et al. báo cáo rằng điều trị tổ hợp với activin A và axit retinoic (RA) đã gây ra nắp động vật để phân tán thành các ống tủy dễ bị tổn thương trong ống nghiệm [20]. Brennan et al. cho thấy rằng glomus pronephric cũng được gây ra trong explants [21]. Chúng tôi đã chứng minh rằng các explants cảm ứng có chứa các ống dẫn dễ bị tổn thương và các mô dễ bị tổn thương có thể được tái tạo từ các tế bào đa năng lưỡng cư trong ống nghiệm [22] (Hình 2b – d). Mặc dù hệ thống tái tạo trong ống nghiệm cho pronephricthậnkhông thể được dịch trực tiếp sang nghiên cứu lâm sàng, nó có thể phục vụ như một hệ thống đơn giản và hữu ích để nghiên cứuthậnphát triển.Ngoài việc tạo ra các chất hữu cơ nephron từ các NPC có nguồn gốc từ mESC và hPSC và thu thập các chất hữu cơ ống dẫn từ các tế bào UB có nguồn gốc từ hPSC, như được mô tả ở trên, Taguchi et al. đã tạo ra chuộtthậnorganoids bằng cách kết hợp các NPC và UB có nguồn gốc từ mESC và các tổ tiên kẽ được loại bỏ khỏi phôi chuột, có chứa cầu thận,Thậnống và ống dẫn thu thập [13]. Chúng tôi đã tạo ra con ngườithậnorganoids trong ống nghiệm bằng cách kết hợp các tế bào NPC và UB được gây ra riêng biệt từ hiPSCs và trong đó cầu thận có nguồn gốc từ NPC vàThậnống và ống thu thập UBderived được kết nối với nhau [12] (Hình 2e, f). Khi cấy vàoThậnkhông gian dưới màng cứng của chuột suy giảm miễn dịch, những con chuột có nguồn gốc hiPSC nàythậnorganoids tích hợp vào các mạch máu của chuột chủ (Hình 2g–i).

Về sự tái sinh củathậncác cơ quan có đường tiết niệu, các phương pháp sử dụng cơ thể động vật thí nghiệm, chẳng hạn như bổ sung blastocyst liên loài [23] và phương pháp thích hợp tạo cơ quan [24], đã được nghiên cứu.  Goto et al. đã tiêm mESC kiểu hoang dã vào các blastocysts của chuột Sall1 (−/−) anephric và đã thành công trong việc tạo ra chuột tạo ra cally interspecifthậntrong chuột chủ [23]. Fujimoto et al. đã phát triển một phương pháp cấy ghép tế bào thông qua đó các NPC có nguồn gốc hiPSC được cấy ghép vàothậnkhu vực phát triển (tức là hốc sinh vật) của phôi chuột trong tử cung, trong đó các NPC được cấy ghép và vật chủ cùng nhau đã góp phần vào trung mô nắp chimeric, được kết nối với chuột chủ UB [24]. Tuy nhiên, trong khi MM có nguồn gốc cầu thận vàRenal ống có nguồn gốc từ PSC hoặc NPC được tiêm, các loại tế bào cấu thành thận còn lại, chẳng hạn như ống thu thập có nguồn gốc từ UB và đường tiết niệu dưới và tế bào mạch máu, là từ động vật chủ trong hai chiến lược này.

Mô hình bệnhCông nghệ iPSC đã giúp tạo ra các mô hình bệnh trong ống nghiệm, trong đó các hiPSC đặc trưng bệnh có nguồn gốc từ các tế bào soma của bệnh nhân hoặc bằng cách chỉnh sửa các gen gây bệnh trong hiPSC có nguồn gốc từ các nhà tài trợ khỏe mạnh được phân bổ vào các loại tế bào bị tổn thương để bắt chước các kiểu hình bệnh [2] (Hình 3a). Công trình trước đó của Freedman et al. đã tạo ra hiPSCs từ những bệnh nhân có đa nang trội trên NST thườngbệnh thận(ADPKD), nguyên nhân là do đột biến gen PKD1 và phát hiện ra rằng hiPSCs và các tế bào diferentiated của chúng cho thấy sự điều hòa của polycystin 2, làm sáng tỏ một cơ chế mới trong đó polycystin 1 được mã hóa bởi gen PKD1 điều chỉnh sự biểu hiện của polycystin 2 [25]. Nhóm của chúng tôi đã tạo ra hiPSC từ bệnh nhân ADPKD, bao gồm cả những người phức tạp với phình động mạch nội sọ và cho rằng các tế bào mạch máu được phân bổ từ hiPSCs cho thấy khả năng xử lý canxi nội bào bị thay đổi và biểu hiện của các gen liên quan đến ma trận ngoại bào, phù hợp với các tế bào mạch máu của các mô hình chuột ADPKD vàThậntế bào u nang thu được từ bệnh nhân ADPKD [26].

Những tiến bộ gần đây trong việc tạo ra các organoids nephron từ hiPSCs đã cho phép mô hình hóathậnrối loạn, chẳng hạn như nephronophthisis [27], hội chứng thận hư bẩm sinh [28] và đa nang lặn trên NST thườngbệnh thận(ĐTCK) [29].Thậncác mô hình u nang của ADPKD sử dụng nephron organoids đã được tạo ra từ PKD1 / 2-mutant hESC đồng hợp tử được chỉnh sửa gen [30]. Tuy nhiên, những mô hình đó đã không tóm tắt lạiThậnkiểu hình u nang được thấy trong ADPKD khi sử dụng HIPSC dị hợp tử dị hợp tử có nguồn gốc từ bệnh nhân ADPKD hoặc chỉnh sửa gen PKD1-mutant hiPSCs. Ngược lại, gần đây chúng tôi đã tạo ra các chất hữu cơ nephron từ cả bệnh nhân ADPKD có nguồn gốc và dị hợp tử và đồng hợp tử được chỉnh sửa gen

Hình 3 Mô hình hóa ADPKD bằng cách sử dụng hiPSCs bệnh-specifc. một sơ đồ cho thấy nghiên cứu mô hình hóa bệnh cho ADPKD. Bệnh hiPSCs specifc có nguồn gốc bằng cách lập trình lại các tế bào soma của bệnh nhân ADPKD hoặc chỉnh sửa gen PKD1 / 2 trong hiPSCs có nguồn gốc từ các nhà tài trợ khỏe mạnh. Các mô hình bệnh được tạo ra bằng cách phân bổ các hiPSC adpkd-specifc vàoThậncác mô để phân tích bệnh lý và khám phá thuốc. b Hình ảnh bright-feld đại diện của loại hoang dã và chỉnh sửa gen PKD1-mutant hiPSC-derivedthậnorganoids sau 7 ngày điều trị forskolin. c Định lượng các khu vực nang củathậnorganoids trong (b). Dữ liệu được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình±SE từ ba thí nghiệm độc lập với bốn bản sao trong mỗi thí nghiệm. ** p<0.005 and=""><0.001 by="" one-way="" anova="" and="" bonferroni’s=""  method.="" d="" representative="" bright-feld="" images="" of="" normal="" subject-="" and=""  adpkd="" patient-derived="">thậnorganoids sau 7 ngày điều trị forskolin. e Hình ảnh bright-feld đại diện của bệnh nhân có nguồn gốc từ bệnh nhânthậnorganoids sau 7 ngày điều trị bằng chất ức chế CFTR 172 (100 μM) hoặc everolimus (10 μM) với sự có mặt của forskolin. Các thanh tỷ lệ, 300 μm in (b), (d, phải) và (e) và 500 μm in (d, trái). Phỏng theo Shimizu et al. [31]

HiPSCs đột biến PKD1 để tái tạoThậnquân đoàn u nang bằng cách điều trị skolin [31]. Lưu ý, chúng tôi đã xác nhận rằngThậnu nang có thể được hình thành từ cả ba loại hiPSC (Hình 3b-d). Những u nang thận này đáp ứng với một số loại thuốc được biết là ức chế sự hình thành u nang trong ADPKD, chẳng hạn như mục tiêu động vật có vú của rapamycin (mTOR), chỉ ra rằng các mô hình này có thể được sử dụng để sàng lọc các hợp chất thuốc ngăn ngừaThậnhình thành u nang [31] (Hình 3e). Chúng tôi hiện đang thiết lập các hệ thống sàng lọc hóa chất thông lượng cao bằng cách sửa đổi các mô hình u nang để khám phá thuốc điều trị cho ADPKD.

Giải quyết các biến chứng của bệnh thận  Các biến chứng chính liên quan đến mãn tínhbệnh thận(CKD) bao gồmThậnthiếu máu do sản xuất nội tiết tố tạo máu erythropoietin (EPO) dothận. Mặc dùThậnthiếu máu đã được điều trị thành công bằng cách sử dụng không liên tục các tác nhân EPO tái tổ hợp ở người, cần có nhiều liệu pháp sinh lý hơn. Xem xét rằng EPO cũng được sản xuất bởi gan ở giai đoạn phôi thai hoặc trong trường hợp thiếu máu nghiêm trọng ngay cả ở người lớn, chúng tôi đã sửa đổi một giao thức suy gan đã được báo cáo trước đó và đã thành công trong việc tạo ra các tế bào sản xuất EPO từ hiPSCs (tế bào hiPSC-EPO) [32] (Hình 4a). Các tế bào hiPSC-EPO này điều chỉnh sản xuất EPO để đáp ứng với các kích thích thiếu oxy, bắt chước các đối tác in vivo của chúng (Hình 4b, c). Protein EPO có trong siêu chất nuôi cấy cho thấy các efects thúc đẩy sự khác biệt trên các dòng dõi erythroid dựa trên một xét nghiệm hình thành khuẩn lạc sử dụng tổ tiên tạo máu của con người (Hình 4d). Hơn nữa, các tế bào hiPSC-EPO này được cải thiệnThậnthiếu máu trong 7 tháng sau khi cấy ghép ở các mô hình chuột gây ra bởi chính quyền adenine (Hình 4e). Do đó, các tế bào hiPSC-EPO có thể được sử dụng để khám phá các loại thuốc mới và phát triển các liệu pháp tế bào chống lại bệnh thiếu máu thận [32].

Liệu pháp tế bàoNghiên cứu hướng tới liệu pháp tế bào sử dụng phôi thai có nguồn gốc từ hiPSCthậntổ tiên đã được thực hiện. Trong một nỗ lực để kiểm tra tiềm năng điều trị của họ chống lạibệnh thận, chúng tôi đã cấy ghép giống như NPCThậntổ tiên được tạo ra từ hiPSCs với phương pháp phân biệt của chúng tôi thành lớp con của cấp tínhchấn thương thận(AKI) mô hình chuột gây ra bởi thiếu máu cục bộ / chấn thương tái tưới máu, cho thấy việc cấy ghép đã ức chế đáng kể ine (Cre) ở chuột chủ [33] (Hình 5a). Hơn nữa, phương pháp điều trị đã cải thiện đáng kể các tổn thương mô học do AKI gây ra, chẳng hạn như hoại tử ống thận (Hình 5b). Đáng chú ý, xơ hóa kẽ, phản ánh sự tiến triển thành bệnh mãn tính, cũng đã được ngăn ngừa đáng kể. Các tổ tiên được cấy ghép đã cải thiện AKI mà không được tích hợp vào vật chủthậncác mô, chỉ ra rằng các hiệu ứng paracrine bởi các yếu tố từ bỏ được tiết ra từ hiPSC có nguồn gốc từ hiPSCThậntổ tiên là nguyên nhân chính của lợi ích điều trị. Làm sáng tỏ những yếu tố này sẽ góp phần phát triển một liệu pháp tế bào cũng như các loại thuốc mới chống lại AKI [33, 34].

Imberti et al. cũng đã báo cáo các lợi ích trị liệu của một liệu pháp tế bào sử dụng có nguồn gốc từ hiPSCThậntổ tiên chống lại các mô hình chuột AKI do cisplatin gây ra [35]. Họ đã tiêm giống như NPC có nguồn gốc hiPSCThậntổ tiên được tạo ra với giao thức của họ thành các mô hình chuột AKI thông qua tĩnh mạch đuôi.  Liệu pháp cấy ghép này cũng cải thiện đáng kể AKI, bằng chứng là nồng độ BUN giảm và mô học. Mặc dù các giao thức diferentiation để tạo ra cácThậntổ tiên và các mô hình chuột AKI là khác nhau, hai báo cáo này trong thời gian cuối cùng đã chứng minh các lợi ích trị liệu tiềm năng của liệu pháp tế bào bằng cách sử dụng tổ tiên thận có nguồn gốc từ hiPSC trênbệnh thận.

Kết luận và quan điểm tương lai Những tiến bộ đáng kể trong việc tạo phôi thaithậntổ tiên vàthậncác mô từ hPSCs đã được thực hiện. Tuy nhiên, có những trở ngại cần vượt qua trước khi áp dụng lâm sàng. Về tái thiết củathận, thế hệ lớn hơnthậnmô vàThậncác cấu trúc giống như xương chậu và niệu quản, trong đó thu thập các ống dẫn tập hợp, đã không đạt được. Ngoài ra, việc tích hợp có nguồn gốc từ hiPSCthậncấu trúc cho các tàu lớn là bắt buộc. Liệu pháp tế bào sử dụng có nguồn gốc từ hiPSCThậntổ tiên cũng nên được kiểm tra bằng các mô hình CKD. Cuối cùng, các mô hình dựa trên hiPSC đã được phát triển cho một sốbệnh thậnbao gồm ADPKD và xác định các hợp chất thuốc ứng cử viên chống lạibệnh thậnđược mong đợi.

Hình 4 Sự phân bổ của các tế bào sản xuất EPO và liệu pháp tế bào chống lạiThậnthiếu máu. miễn dịch các tế bào sản xuất EPO có nguồn gốc hiPSC (tế bào hiPSC-EPO) cho EPO (màu xanh lá cây) và AFP (màu đỏ). b Phân tích thời gian diễn ra biểu hiện mRNA EPO (trái) và bài tiết protein (phải) bởi các tế bào hiPSC-EPO được nuôi cấy trong điều kiện oxy thấp (1%) và bình thường (21%). Biểu hiện mRNA EPO và bài tiết protein được phân tích lần lượt bằng qRT-PCR và ELISA. c Sự hiệu quả của các chất ức chế PHD trên biểu hiện mRNA EPO (trái) và bài tiết protein (phải) trong tế bào HepG2 và tế bào hiPSC-EPO. d Hình ảnh bực bội đại diện của đơn vị erythroid hình thành nổ (BFU-E) gây ra bởi EPO tái tổ hợp của con người (rhEPO; trên) và protein hiPSC-EPO (thấp hơn) trong các xét nghiệm tổ tiên tạo máu nhân tạo nhân bản sử dụng môi trường bánsolid dựa trên methyl cellulose. Giá trị e Hematocrit được đánh giá trong tối đa 28 tuần sau khi cấy ghép tế bào hiPSC-EPO vào tế bào adenineThậnchuột suy giảm miễn dịch thiếu máu (NOD. Chuột CB17-Prkdcscid/J). Khu vực bóng râm màu xám cho biết các phạm vi hematocrit bình thường. Thanh tỷ lệ, 40 μm in (a) và 200 μm in (d).  Phỏng theo Hitomi et al. [32]

Lời cảm ơn Tác giả muốn cảm ơn tất cả các thành viên của CiRA, Đại học Kyoto, đặc biệt là Tiến sĩ Peter Karagiannis đã phê bình đọc và sửa đổi bản thảo và bà Misaki Ochiuda đã vẽ các hình minh họa, và xin lỗi các tác giả mà nghiên cứu của họ không thể được trích dẫn do những hạn chế về không gian. Nghiên cứu của tác giả được hỗ trợ bởi Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Y tế Nhật Bản (AMED) thông qua khoản tài trợ nghiên cứu "Trung tâm cốt lõi về nghiên cứu tế bào iPS, phát triển công nghệ và chương trình tăng tốc cho các bệnh khó chữa Nghiên cứu sử dụng tế bào iPS bệnh-specifc, Mạng lưới trung tâm nghiên cứu để thực hiện y học tái tạo".

Tuân thủ các tiêu chuẩn đạo đức

Xung đột lợi íchKO là người sáng lập và thành viên không có lương của ban cố vấn khoa học của iPS Portal, Inc., đồng thời là người sáng lập và cố vấn khoa học chính của RegeNephro Co., Ltd.Quyền con người và động vậtTất cả các thí nghiệm với iPSCs đã được các ủy ban đạo đức thể chế phê duyệt và được thực hiện theo hướng dẫn của các tổ chức và Tuyên bố Helsinki. Tất cả các thí nghiệm trên động vật đã được phê duyệt bởi các ủy ban thí nghiệm động vật của tổ chức và được tiến hành theo các hướng dẫn của thể chế.Sự đồng ý được thông báoCó được sự đồng ý được thông báo từ tất cả các cá nhân có iPSCs được sử dụng trong các nghiên cứu.

Truy cập mởBài viết này được cấp phép theo Giấy phép Quốc tế Creative Commons Attribution 4.0, cho phép sử dụng, chia sẻ, điều chỉnh, phân phối và tái sản xuất ở bất kỳ phương tiện hoặc định dạng nào, miễn là bạn ghi công thích hợp cho (các) tác giả gốc và nguồn, cung cấp liên kết đến giấy phép Creative Commons và cho biết liệu có thay đổi hay không. Hình ảnh hoặc tài liệu của bên thứ ba khác trong bài viết này được bao gồm trong giấy phép Creative Commons của bài viết, trừ khi có quy định khác trong hạn mức tín dụng đối với tài liệu. Nếu tài liệu không được bao gồm trong giấy phép Creative Commons của bài viết và mục đích sử dụng của bạn không được quy định theo luật định cho phép hoặc vượt quá mức sử dụng được phép, bạn sẽ cần phải xin phép trực tiếp từ chủ bản quyền. Để xem bản sao của giấy phép này.