mô hình bệnh

Công nghệ iPSC đã cho phép tạo ra các mô hình bệnh trong ống nghiệm, trong đó các hiPSC đặc hiệu cho bệnh từ các tế bào soma của bệnh nhân hoặc biệt hóa thành các loại tế bào bị tổn thương bằng cách chỉnh sửa các gen gây bệnh trong các hiPSC từ những người hiến tặng khỏe mạnh để bắt chước kiểu hình của bệnh (Hình 1a). công việc trước đó của Freedman et al. từ các đột biến gen PKD1 chiếm ưu thế nhiễm sắc thể thường gây ra bởi các bệnh nhân mắc bệnh thận đa nang (ADPKD) đã tạo ra các hiPSC và phát hiện ra rằng các hiPSC và các tế bào biệt hóa của chúng biểu hiện quá trình điều hòa giảm polycystin 2, làm sáng tỏ một cơ chế mới nhờ đó gen PKD1 mã hóa polycystin 1 điều hòa các biểu hiện polycystin 2. Nhóm của chúng tôi đã nuôi cấy hiPSC từ những bệnh nhân mắc ADPKD, bao gồm cả những người mắc chứng phình động mạch nội sọ kết hợp và xác nhận rằng việc xử lý canxi nội bào và biểu hiện của các gen liên quan đến ma trận ngoại bào đã bị thay đổi trong các tế bào mạch máu khác biệt với hiPSC, phù hợp với các tế bào mạch máu từ mô hình chuột của ADPKD và tế bào nang thận từ bệnh nhân mắc ADPKD.

Hình 1: Lập mô hình ADPKD bằng hiPSC dành riêng cho bệnh. a: Một sơ đồ cho thấy nghiên cứu mô hình hóa bệnh cho ADPKD. Các hiPSC dành riêng cho bệnh được tạo ra bằng cách lập trình lại các tế bào soma của bệnh nhân ADPKD hoặc chỉnh sửa gen PKD1/2 trong các hiPSC có nguồn gốc từ những người hiến tặng khỏe mạnh. Các mô hình bệnh tật được tạo ra bằng cách phân biệt các hiPSC dành riêng cho ADPKD thành các mô thận để phân tích bệnh lý và khám phá thuốc

Những tiến bộ mới nhất trong việc tạo ra các cơ quan giống như đơn vị thận từ hiPSC đã cho phép mô hình hóa các bệnh về thận như bệnh thận hư, hội chứng thận hư bẩm sinh và bệnh thận đa nang di truyền lặn trên nhiễm sắc thể thường (ARPKD). Các mô hình u nang thận ADPKD sử dụng các cơ quan giống như đơn vị thận đã được tạo ra từ các hESC đột biến pkd1 /2 anh chị em thuần túy được chỉnh sửa gen. Tuy nhiên, khi sử dụng các hiPSC đột biến pkd1 dị hợp tử có nguồn gốc từ bệnh nhân hoặc được chỉnh sửa gen của ADPKD, các mô hình này đã không khái quát hóa kiểu hình nang thận được thấy trong ADPKD. Ngược lại, gần đây chúng tôi đã tạo ra các cơ quan giống như đơn vị thận từ các hiPSC đột biến pkd1 đột biến có nguồn gốc từ bệnh nhân ADPKD và được chỉnh sửa gen bằng cách điều trị bằng forskolin để truyền u nang thận. Đáng chú ý, chúng tôi đã xác nhận rằng cả ba loại hiPSC đều có thể hình thành u nang thận (Hình 1b-d). Những u nang thận này phản ứng với một số loại thuốc được biết là có tác dụng ức chế sự hình thành u nang trong ADPKD, chẳng hạn như mục tiêu rapamycin (mTOR) ở động vật có vú, gợi ý rằng những mô hình này có thể được sử dụng để sàng lọc các hợp chất thuốc nhằm ngăn chặn sự hình thành u nang thận (Hình 1e). Chúng tôi hiện đang phát triển một hệ thống sàng lọc hóa chất thông lượng cao để khám phá thuốc điều trị trong ADPKD bằng cách sửa đổi mô hình nang.

Hình 1:b: Hình ảnh trường sáng đại diện của PKD hoang dại và được chỉnh sửa gen1-cơ quan thận có nguồn gốc từ hiPSC đột biến sau 7 ngày điều trị bằng forskolin. c: Định lượng các vùng nang của các cơ quan thận trong (b). Dữ liệu được biểu diễn dưới dạng trung bình ± SE từ ba thử nghiệm độc lập với bốn lần lặp lại trong mỗi thử nghiệm. **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.

Nhấn vào đây để có đượctác dụng của Cistanche đối với thậnVàchiết xuất Cistanche là gì

Giải quyết các biến chứng của bệnh thận

Các biến chứng chính liên quan đến bệnh thận mãn tính (CKD) bao gồm thiếu máu thận do sản xuất không đủ hormone tạo máu erythropoietin (EPO) ở thận. Mặc dù bệnh thiếu máu thận đã được điều trị thành công bằng cách sử dụng không liên tục các chế phẩm EPO tái tổ hợp của con người, nhưng các liệu pháp sinh lý bổ sung là cần thiết. Xem xét rằng EPO cũng được sản xuất ở gan trong quá trình thiếu máu nghiêm trọng ở phôi thai hoặc ở người trưởng thành, chúng tôi đã sửa đổi giao thức biệt hóa gan được báo cáo trước đó để sản xuất thành công các tế bào EPO từ hiPSC (tế bào hiPSC-EPO). Các tế bào hiPSC-EPO này điều chỉnh tăng quá trình sản xuất EPO để đáp ứng với kích thích thiếu oxy, tương tự như các tế bào in vivo của chúng. Dựa trên các thử nghiệm hình thành khuẩn lạc bằng cách sử dụng các tế bào tiền thân tạo máu của con người, các protein EPO chứa trong chất nổi trên bề mặt nuôi cấy cho thấy tác dụng thúc đẩy sự khác biệt trên dòng màu đỏ. Hơn nữa, các tế bào hiPSC-EPO này đã cải thiện tình trạng thiếu máu ở thận trong 7 tháng sau khi cấy ghép trên mô hình chuột do adenine gây ra. 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 để điều trị bệnh thiếu máu do thận.

tiêu chuẩn hóa

liệu pháp tế bào

Việc sử dụng các tế bào tiền thân thận phôi có nguồn gốc từ hiPSC để điều trị bằng tế bào đã được nghiên cứu. Để nghiên cứu tiềm năng điều trị bệnh thận của chúng, chúng tôi đã cấy ghép các tế bào tiền thân thận giống NPC được tạo ra từ hiPSC vào mô hình con chuột bị tổn thương thận cấp tính (AKI) do thiếu máu cục bộ/tái tưới máu bằng phương pháp biệt hóa của chúng tôi và nhận thấy rằng việc cấy ghép đã ức chế đáng kể sự gia tăng của nitơ urê máu (BUN) và creatinine huyết thanh (Cre) ở chuột chủ. Ngoài ra, điều trị cải thiện đáng kể tổn thương mô học do AKI gây ra, chẳng hạn như hoại tử ống thận. Đáng chú ý, xơ hóa mô kẽ, phản ánh sự tiến triển của bệnh mãn tính, cũng được ngăn chặn đáng kể. Các tế bào tiền thân được cấy ghép đã cải thiện AKI mà không cần tích hợp vào mô thận của vật chủ, cho thấy rằng tác dụng cận tiết của các yếu tố dinh dưỡng thận được tiết ra bởi các tế bào tiền thân thận có nguồn gốc từ hiPSC chịu trách nhiệm chính cho lợi ích điều trị. Làm sáng tỏ các yếu tố này sẽ giúp phát triển các liệu pháp tế bào chống AKI và các loại thuốc mới.

Imberti và cộng sự. cũng đã báo cáo lợi ích điều trị của việc sử dụng các tế bào tiền thân thận có nguồn gốc từ hiPSC để điều trị mô hình chuột mắc AKI do cisplatin gây ra. Họ đã tiêm các tế bào tiền thân thận giống như NPC có nguồn gốc từ hiPSC vào mô hình chuột AKI thông qua tĩnh mạch đuôi. Phương pháp điều trị cấy ghép này cũng cải thiện đáng kể AKI, bằng chứng là mức độ BUN giảm và kết quả mô học.

Mặc dù giao thức biệt hóa để tạo ra các tế bào tiền thân thận khác với mô hình chuột AKI, hai báo cáo này lần đầu tiên chứng minh lợi ích điều trị tiềm năng của việc sử dụng các tế bào tiền thân thận có nguồn gốc từ hiPSC để điều trị bệnh thận.

thảo dược

Kết luận và viễn cảnh tương lai

Tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong việc tạo ra các tế bào tiền thân thận phôi và mô thận từ hPSC. Tuy nhiên, vẫn còn một số trở ngại cần khắc phục trước khi ứng dụng lâm sàng. Về tái tạo thận, việc tạo ra các mô thận lớn hơn và các cấu trúc giống như khung chậu và niệu quản, trong đó tập hợp các ống góp, đã không đạt được. Ngoài ra, cần phải tích hợp các cấu trúc thận có nguồn gốc từ hiPSC với các mạch máu lớn. Liệu pháp tế bào sử dụng các tế bào tiền thân từ thận có nguồn gốc từ hiPSC cũng nên được kiểm tra trong mô hình CKD. Cuối cùng, các mô hình dựa trên hiPSC đã được phát triển cho một số bệnh thận bao gồm ADPKD và được kỳ vọng sẽ xác định các hợp chất ứng cử viên thuốc chống lại bệnh thận.

Chiết xuất cây hồ trăn

NGƯỜI GIỚI THIỆU

1. Freedman BS, Lâm AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Giảm polycystin đường mật-2 trong các tế bào gốc đa năng cảm ứng từ những bệnh nhân mắc bệnh thận đa nang có đột biến PKD1. J Am Sóc 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 Experiment 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. Xác định MMP1 là một yếu tố rủi ro mới đối với chứng phình động mạch nội sọ trong ADPKD bằng các mô hình iPSC. Đại diện Khoa học 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, MH nhỏ. Các cơ quan thận có nguồn gốc từ iPSC của bệnh nhân cho thấy sự xác nhận chức năng của một kiểu hình thận ciliopathic và tiết lộ các cơ chế gây bệnh cơ bản. Là 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. Các chất hữu cơ có nguồn gốc từ bệnh thận hư iPSC xác định quá trình nội địa hóa NEPHRIN bị suy yếu và hình thành cơ hoành trong các tế bào vỏ thận. Báo cáo tế bào gốc. 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. Tạo ra các cơ quan thận có nguồn gốc từ PSC của con người với các phân đoạn nephron có hoa văn và mạng lưới mạch máu mới. Tế Bào Gốc Tế Bào. 2019;25(3):373–879.

6. Czerniecki SM, Cruz NM, Harder JL, Menon R, Annis J, Otto EA, Gulieva RE, Islas LV, Kim YK, Trần LM, Martins TJ, Pippin JW, Fu H, Kretzler M, Shankland SJ, Himmelfarb J, Moon RT, Paragas N, Freedman BS. Sàng lọc thông lượng cao giúp tăng cường sự khác biệt của cơ quan thận từ các tế bào gốc đa năng của con người và cho phép tạo kiểu hình đa chiều tự động. Tế Bào Gốc Tế Bào. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Một mô hình ADPKD mới sử dụng các chất hữu cơ thận có nguồn gốc từ các iPSC đặc hiệu với bệnh của con người. Biochem Biophys Res Cộng đồng. 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. Nguồn gốc từ tế bào gốc đa năng của con người tế bào sản xuất erythropoietin cải thiện tình trạng thiếu máu thận ở chuột. Khoa học Dịch thuật 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. Liệu pháp tế bào sử dụng tế bào tiền thân có nguồn gốc từ tế bào gốc đa năng do con người gây ra cải thiện tổn thương thận cấp tính ở chuột. Tế Bào Gốc 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. Phát triển phương pháp mới để làm giàu tế bào tiền thân iPSC ở người bằng cách sử dụng chất đánh dấu bề mặt tế bào. Đại diện Khoa học 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. Các tổ tiên thận có nguồn gốc từ việc cấy ghép iPSC của con người và phục hồi chức năng trong một mô hình chuột bị tổn thương thận cấp tính. Đại diện Khoa học 2015;5:8826.