Pemodelan penyakit

Teknologi iPSC telah membolehkan penciptaan model penyakit in vitro di mana hiPSC khusus penyakit daripada sel somatik pesakit atau dibezakan kepada jenis sel yang rosak dengan menyunting gen penyebab penyakit dalam hiPSC daripada penderma yang sihat untuk meniru fenotip penyakit (Rajah 1a). kerja terdahulu oleh Freedman et al. daripada mutasi gen PKD1 dominan autosomal yang disebabkan oleh pesakit penyakit buah pinggang polikistik (ADPKD) menghasilkan hiPSC dan mendapati bahawa hiPSC dan sel-sel yang dibezakan mereka mempamerkan downregulation polycystin 2, menjelaskan mekanisme baru yang mana pengekodan gen PKD1 polycystin 1 mengawal ekspresi polycystin 2. Kumpulan kami mengkultur hiPSC daripada pesakit dengan ADPKD, termasuk mereka yang mempunyai gabungan aneurisme intrakranial, dan mengesahkan bahawa pengendalian kalsium intraselular dan ekspresi gen berkaitan matriks ekstraselular telah diubah dalam sel vaskular yang dibezakan daripada hiPSC, selaras dengan sel vaskular daripada model tetikus ADPKD dan sel sista buah pinggang daripada pesakit dengan ADPKD.

Rajah 1: Memodelkan ADPKD menggunakan hiPSC khusus penyakit. a: Skema yang menunjukkan penyelidikan pemodelan penyakit untuk ADPKD. HiPSC khusus penyakit diperoleh dengan memprogram semula sel somatik pesakit ADPKD atau penyuntingan gen PKD1/2 dalam hiPSC yang diperoleh daripada penderma yang sihat. Model penyakit dihasilkan dengan membezakan hiPSC khusus ADPKD ke dalam tisu buah pinggang untuk analisis patologi dan penemuan ubat

Kemajuan terkini dalam menjana organ seperti unit buah pinggang daripada hiPSC telah membolehkan pemodelan penyakit buah pinggang seperti nefropati buah pinggang, sindrom nefrotik kongenital dan penyakit buah pinggang polikistik resesif autosomal (ARPKD). Model sista buah pinggang ADPKD menggunakan organ seperti unit buah pinggang telah dihasilkan daripada hESC mutan pkd1 /2 mutan yang diedit gen. Walau bagaimanapun, apabila menggunakan hiPSC mutan heterozigot pkd1 yang berasal dari pesakit ADPKD atau diedit gen, model ini tidak menyamaratakan fenotip sista buah pinggang yang dilihat dalam ADPKD. Sebaliknya, kami baru-baru ini menjana organ seperti unit buah pinggang dari ADPKD yang berasal dari pesakit dan diedit gen heterozigot dan pkd1 mutan hiPSCs tulen oleh rawatan forskolin untuk menyebarkan sista buah pinggang. Terutama, kami mengesahkan bahawa ketiga-tiga jenis hiPSC boleh membentuk sista buah pinggang (Rajah 1b-d). Sista buah pinggang ini bertindak balas kepada beberapa ubat yang diketahui menghalang pembentukan sista dalam ADPKD, seperti sasaran mamalia rapamycin (mTOR), menunjukkan bahawa model ini boleh digunakan untuk menyaring sebatian ubat untuk mencegah pembentukan sista buah pinggang (Rajah 1e). Kami sedang membangunkan sistem saringan kimia berdaya tinggi untuk penemuan ubat terapeutik dalam ADPKD dengan mengubah suai model sista.

Rajah 1:b: Imej medan terang mewakili jenis liar dan PKD1-mutant organoid buah pinggang terbitan hiPSC yang disunting gen selepas 7 hari rawatan forskolin. c: Kuantifikasi kawasan sista organoid buah pinggang dalam (b). Data diwakili sebagai min±SE daripada tiga eksperimen bebas dengan empat ulangan dalam setiap satu. **hlm<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 di sini untuk mendapatkankesan Cistanche pada Buah Pinggangdanapa itu ekstrak Cistanche

Menangani komplikasi penyakit buah pinggang

Komplikasi utama yang dikaitkan dengan penyakit buah pinggang kronik (CKD) termasuk anemia buah pinggang yang disebabkan oleh pengeluaran hormon hematopoietik renal erythropoietin (EPO) yang tidak mencukupi. Walaupun anemia buah pinggang telah berjaya dirawat dengan pentadbiran berselang-seli persediaan EPO manusia rekombinan, terapi fisiologi tambahan diperlukan. Memandangkan EPO juga dihasilkan dalam hati semasa anemia teruk embrio atau dewasa, kami mengubah suai protokol pembezaan hati yang dilaporkan sebelum ini untuk berjaya menghasilkan sel EPO daripada hiPSC (sel hiPSC-EPO). Sel hiPSC-EPO ini mengimbangi pengeluaran EPO sebagai tindak balas kepada rangsangan hipoksik, serupa dengan rakan sejawat in vivo mereka. Berdasarkan ujian pembentukan koloni menggunakan sel progenitor hematopoietik manusia, protein EPO yang terkandung dalam supernatan kultur menunjukkan kesan menggalakkan pembezaan pada keturunan merah. Tambahan pula, sel hiPSC-EPO ini meningkatkan anemia buah pinggang selama 7 bulan selepas pemindahan dalam model tetikus yang disebabkan oleh adenine. Oleh itu, sel hiPSC-EPO boleh digunakan untuk menemui ubat baharu dan membangunkan terapi selular untuk rawatan anemia buah pinggang.

Cistanche piawai

Terapi sel

Penggunaan sel progenitor buah pinggang embrionik yang berasal dari hiPSC untuk terapi sel telah disiasat. Untuk menyiasat potensi terapeutik mereka untuk penyakit buah pinggang, kami memindahkan sel progenitor buah pinggang seperti NPC yang dihasilkan daripada hiPSCs ke dalam subkapsular model tetikus kecederaan buah pinggang akut (AKI) yang disebabkan oleh kecederaan iskemia/reperfusi menggunakan kaedah pembezaan kami dan mendapati bahawa pemindahan telah ditindas dengan ketara. peningkatan nitrogen urea darah (BUN) dan kreatinin serum (Cre) dalam tikus perumah. Di samping itu, rawatan telah memperbaiki kerosakan histologi akibat AKI dengan ketara, seperti nekrosis tiub. Terutama, fibrosis interstisial, yang mencerminkan perkembangan penyakit kronik, juga dicegah dengan ketara. Sel progenitor yang dipindahkan meningkatkan AKI tanpa integrasi ke dalam tisu buah pinggang tuan rumah, menunjukkan bahawa kesan paracrine faktor trofik buah pinggang yang dirembeskan oleh sel progenitor buah pinggang yang berasal dari hiPSC sebahagian besarnya bertanggungjawab untuk faedah terapeutik. Penjelasan faktor-faktor ini akan membantu dalam pembangunan terapi selular anti-AKI dan ubat baru.

Imberti et al. juga melaporkan manfaat terapeutik menggunakan sel progenitor buah pinggang yang berasal dari hiPSC untuk merawat model tetikus AKI yang disebabkan oleh cisplatin. Mereka menyuntik sel progenitor buah pinggang seperti NPC yang berasal dari hiPSC ke dalam model tetikus AKI melalui urat ekor. Rawatan pemindahan ini juga meningkatkan AKI dengan ketara, seperti yang dibuktikan oleh pengurangan tahap BUN dan penemuan histologi.

Walaupun protokol pembezaan untuk menjana sel progenitor buah pinggang berbeza daripada model tetikus AKI, kedua-dua laporan ini menunjukkan buat pertama kalinya potensi manfaat terapeutik menggunakan sel progenitor buah pinggang yang berasal dari hiPSC untuk rawatan penyakit buah pinggang.

Herba Cistanche

Kesimpulan dan perspektif masa depan

Kemajuan besar telah dibuat dalam menghasilkan sel progenitor buah pinggang embrio dan tisu buah pinggang daripada hPSC. Walau bagaimanapun, masih terdapat beberapa halangan untuk diatasi sebelum aplikasi klinikal. Mengenai pembinaan semula buah pinggang, penjanaan tisu buah pinggang yang lebih besar dan struktur seperti pelvis dan ureter, di mana saluran pengumpulan agregat, belum dicapai. Di samping itu, integrasi struktur buah pinggang yang berasal dari hiPSC dengan saluran darah yang besar diperlukan. Terapi sel menggunakan sel progenitor buah pinggang yang berasal dari hiPSC juga harus diperiksa dalam model CKD. Akhirnya, model berasaskan hiPSC telah dibangunkan untuk beberapa penyakit buah pinggang termasuk ADPKD, dan dijangka mengenal pasti sebatian calon ubat terhadap penyakit buah pinggang.

Ekstrak cistanche tubulosa

RUJUKAN

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. Polycystin ciliary dikurangkan-2 dalam sel stem pluripotent teraruh daripada pesakit penyakit buah pinggang polikistik dengan mutasi PKD1. 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 Nefrology (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. Pengenalpastian MMP1 sebagai faktor risiko baru untuk aneurisma intrakranial dalam ADPKD menggunakan model iPSC. 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. Organoid buah pinggang yang diperolehi oleh pesakit-iPSC menunjukkan pengesahan fungsi fenotip buah pinggang ciliopathic dan mendedahkan mekanisme patogenetik yang mendasari. Am 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. Organoids from nephrotic disease-derived iPSC mengenal pasti penyetempatan NEPHRIN terjejas dan pembentukan diafragma celah dalam podosit buah pinggang. Laporan Sel Stem. 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. Penjanaan organoid buah pinggang yang berasal dari PSC manusia dengan segmen nefron bercorak dan rangkaian vaskular de novo. Sel Stem Sel. 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, Moon RT, Paragas N, Freedman BS. Saringan pemprosesan tinggi meningkatkan pembezaan organoid buah pinggang daripada sel stem pluripoten manusia dan membolehkan fenotaip multidimensi automatik. Sel Stem Sel. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. Model ADPKD novel menggunakan organoid buah pinggang yang diperoleh daripada iPSC manusia khusus penyakit. 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. Manusia pluripotent stem cell-derived sel penghasil erythropoietin memperbaiki anemia buah pinggang pada tikus. Sci 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. Terapi sel menggunakan progenitor buah pinggang yang berasal dari sel stem pluripotent manusia yang disebabkan oleh manusia memperbaiki kecederaan buah pinggang akut pada tikus. Sel Stem 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. Pembangunan kaedah baharu untuk memperkayakan progenitor buah pinggang yang berasal dari iPSC manusia menggunakan penanda permukaan sel. Sci 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. Nenek moyang buah pinggang yang diperolehi daripada iPSC manusia yang mengukir dan memulihkan fungsi dalam model tetikus kecederaan buah pinggang akut. Sci Rep. 2015;5:8826.