نمذجة المرض

أتاحت تقنية iPSC إنشاء نماذج للأمراض في المختبر يتم فيها تمييز hiPSCs الخاصة بالأمراض من الخلايا الجسدية للمريض أو تمايزها إلى أنواع الخلايا التالفة عن طريق تحرير الجينات المسببة للأمراض في hiPSCs من متبرعين أصحاء لتقليد النمط الظاهري للمرض (الشكل 1 أ). عمل سابقًا بواسطة Freedman et al. من طفرات جين PKD1 المهيمنة وراثيًا الناتجة عن مرض الكلى المتعدد الكيسات (ADPKD) ولّد مرضى hiPSCs ووجدوا أن hiPSCs وخلاياهم المتمايزة أظهروا تقليلًا في تنظيم polycystin 2 ، مما يوضح آلية جديدة من خلالها ينظم الجين PKD1 الذي يشفر polycystin 1 تعبيرات polycystin 2. قامت مجموعتنا بتربية hiPSCs من مرضى ADPKD ، بما في ذلك أولئك الذين يعانون من تمدد الأوعية الدموية داخل الجمجمة ، وأكدوا أن معالجة الكالسيوم داخل الخلايا والتعبير عن الجينات المرتبطة بالمصفوفة خارج الخلية قد تغيرت في الخلايا الوعائية المتمايزة عن hiPSCs ، بما يتوافق مع الخلايا الوعائية من نموذج فأر لـ ADPKD و خلايا الكيس الكلوي من مرضى ADPKD.

الشكل 1: نمذجة ADPKD باستخدام hiPSCs الخاصة بالأمراض. أ: مخطط يوضح أبحاث نمذجة المرض لـ ADPKD. يتم اشتقاق hiPSCs الخاصة بالأمراض عن طريق إعادة برمجة الخلايا الجسدية لمرضى ADPKD أو تحرير الجين PKD1 / 2 في hiPSCs المستمدة من متبرعين أصحاء. يتم إنشاء نماذج المرض من خلال تمييز hiPSCs الخاصة بـ ADPKD في أنسجة كلوية للتحليل المرضي واكتشاف الأدوية

أحدث التطورات في إنتاج أعضاء تشبه الوحدة الكلوية من hiPSCs مكنت من نمذجة أمراض الكلى مثل اعتلال الكلية الكلوي ، والمتلازمة الكلوية الخلقية ، ومرض الكلى المتعدد الكيسات المتنحي (ARPKD). تم إنشاء نماذج من الخراجات الكلوية ADPKD باستخدام أعضاء تشبه الوحدة الكلوية من hESCs المحولة الجيني الأخوة النقي pkd1 / 2 المتحولة. ومع ذلك ، عند استخدام hiPSCs متغايرة الزيجوت pkd1 المتحولة المشتقة من المريض أو المحرر الجيني ADPKD ، لم تعمم هذه النماذج النمط الظاهري للكيس الكلوي الذي شوهد في ADPKD. على النقيض من ذلك ، قمنا مؤخرًا بتوليد أعضاء تشبه الوحدة الكلوية من ADPKD المشتق من المريض والمتحرر الجيني hiPSCs غير المتجانسة والنقية pkd1 عن طريق علاج forskolin لنشر الأكياس الكلوية. بشكل خاص ، أكدنا أن جميع أنواع hiPSC الثلاثة يمكن أن تشكل أكياس كلوية (الشكل 1 ب-د). استجابت هذه الأكياس الكلوية لبعض الأدوية المعروفة بتثبيط تكوين الكيس في ADPKD ، مثل الهدف الثديي للراباميسين (mTOR) ، مما يشير إلى أنه يمكن استخدام هذه النماذج لفحص المركبات الدوائية لمنع تكوين الكيس الكلوي (الشكل 1 هـ). نقوم حاليًا بتطوير نظام فحص كيميائي عالي الإنتاجية لاكتشاف الأدوية العلاجية في ADPKD من خلال تعديل نموذج الكيس.

شكل 1:ب: صور المجال الساطع التمثيلية لعضويات الكلى المتحولة المشتقة من hiPSC من النوع البري والمعدلة جينيًا 1- بعد 7 أيام من علاج فورسكولين. ج: القياس الكمي للمناطق الكيسية في عضويات الكلى في (ب). يتم تمثيل البيانات على أنها متوسط ​​± SE من ثلاث تجارب مستقلة بأربعة مكررات في كل منها. ** ص<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.

انقر هنا للحصول علىآثار Cistanche على الكلىوما هو مستخلص Cistanche

معالجة مضاعفات أمراض الكلى

تشمل المضاعفات الرئيسية المرتبطة بمرض الكلى المزمن (CKD) فقر الدم الكلوي الناجم عن عدم كفاية إنتاج هرمون إريثروبويتين الكلوي (EPO). على الرغم من أن فقر الدم الكلوي قد عولج بنجاح عن طريق الإعطاء المتقطع لمستحضرات EPO البشرية المؤتلفة ، هناك حاجة إلى علاجات فسيولوجية إضافية. بالنظر إلى أن EPO يتم إنتاجه أيضًا في الكبد أثناء فقر الدم الشديد الجنيني أو البالغ ، قمنا بتعديل بروتوكول تمايز الكبد المبلغ عنه سابقًا لإنتاج خلايا EPO بنجاح من hiPSCs (خلايا hiPSC-EPO). تعمل خلايا hiPSC-EPO على تنظيم إنتاج EPO استجابة لتحفيز نقص الأكسجين ، على غرار نظيراتها في الجسم الحي. بناءً على فحوصات تكوين المستعمرات باستخدام الخلايا السلفية المكونة للدم البشرية ، أظهرت بروتينات EPO الموجودة في طاف الثقافة آثارًا تعزز التمايز على النسب الأحمر. علاوة على ذلك ، حسنت خلايا hiPSC-EPO فقر الدم الكلوي لمدة 7 أشهر بعد الزرع في نموذج الماوس الناجم عن الأدينين. وبالتالي ، يمكن استخدام خلايا hiPSC-EPO لاكتشاف أدوية جديدة وتطوير علاجات خلوية لعلاج فقر الدم الكلوي.

معيار موحد

العلاج بالخلايا

تم التحقيق في استخدام خلايا السلف الكلوية الجنينية المشتقة من hiPSC للعلاج الخلوي. للتحقيق في إمكاناتها العلاجية لأمراض الكلى ، قمنا بزرع خلايا سلفية كلوية شبيهة بـ NPC تم إنشاؤها من hiPSCs في نموذج الفأر لإصابة الكلى الحادة (AKI) الناجم عن إصابة نقص التروية / إعادة التروية باستخدام طريقة التمايز لدينا ووجدنا أن عملية الزرع قمعت بشكل كبير ارتفاع نسبة نيتروجين اليوريا في الدم (BUN) وكرياتينين المصل (Cre) في الفئران المضيفة. بالإضافة إلى ذلك ، خفف العلاج بشكل كبير الضرر النسيجي الناجم عن AKI ، مثل النخر الأنبوبي. والجدير بالذكر أن التليف الخلالي ، الذي يعكس تطور المرض المزمن ، تم أيضًا منعه بشكل كبير. حسنت الخلايا السلفية المزروعة القصور الكلوي الحاد دون الاندماج في أنسجة الكلى المضيفة ، مما يشير إلى أن تأثيرات الباراكرين للعوامل الغذائية الكلوية التي تفرزها الخلايا السلفية الكلوية المشتقة من hiPSC هي المسؤولة إلى حد كبير عن الفائدة العلاجية. سيساعد توضيح هذه العوامل في تطوير علاجات خلوية مضادة لـ AKI وأدوية جديدة.

إمبرتي وآخرون أبلغ أيضًا عن الفائدة العلاجية لاستخدام خلايا السلف الكلوية المشتقة من hiPSC لعلاج نموذج الفأر من AKI الناجم عن السيسبلاتين. قاموا بحقن خلايا سلف كلوية شبيهة بـ NPC مشتقة من hiPSC في نموذج فأر AKI من خلال وريد الذيل. كما أدى علاج الزرع هذا أيضًا إلى تحسين AKI بشكل كبير ، كما يتضح من انخفاض مستويات BUN والنتائج النسيجية.

على الرغم من اختلاف بروتوكول التمايز لتوليد الخلايا السلفية الكلوية عن نموذج الماوس AKI ، فإن هذين التقريرين يوضحان لأول مرة الفائدة العلاجية المحتملة لاستخدام خلايا السلف الكلوية المشتقة من hiPSC لعلاج أمراض الكلى.

العشبية سيستانش

الخلاصة والمنظور المستقبلي

تم إحراز تقدم كبير في توليد خلايا سلف الكلى الجنينية وأنسجة الكلى من hPSCs. ومع ذلك ، لا تزال هناك بعض العقبات التي يجب التغلب عليها قبل التطبيق السريري. فيما يتعلق بإعادة بناء الكلى ، لم يتم تحقيق إنتاج أنسجة كلوية أكبر وحوض وهياكل شبيهة بالحالب ، حيث تتجمع قنوات التجميع. بالإضافة إلى ذلك ، يلزم تكامل الهياكل الكلوية المشتقة من hiPSC مع الأوعية الدموية الكبيرة. يجب أيضًا فحص العلاج الخلوي باستخدام خلايا السلف الكلوية المشتقة من hiPSC في نموذج CKD. أخيرًا ، تم تطوير النماذج المستندة إلى hiPSC لعدد من أمراض الكلى بما في ذلك ADPKD ، ومن المتوقع أن تحدد المركبات المرشحة للأدوية ضد أمراض الكلى.

مستخلص سيستانش توبولوسا

مراجع

1. Freedman BS، Lam AQ، Sundsbak JL، Iatrino R، Su X، Koon SJ، Wu M، Daheron L، Harris PC، Zhou J، Bonventre JV. انخفاض البوليسيستين الهدبي -2 في الخلايا الجذعية المحفزة متعددة القدرات من مرضى الكلى المتعدد الكيسات الذين يعانون من طفرات PKD1. J آم سوك نيفرول. 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 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. تحديد MMP1 كعامل خطر جديد لتمدد الأوعية الدموية داخل الجمجمة في ADPKD باستخدام نماذج iPSC. مندوب علوم .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، سيمونز سي ، ليتل إم إتش. تظهر عضيات الكلى المشتقة من المريض iPSC التحقق الوظيفي من النمط الظاهري الكلوي الهدبي وتكشف عن الآليات المسببة للأمراض الكامنة. أنا J Hum Genet. 2018 ؛ 102 (5): 816-31.

4. Tanigawa S و Islam M و Sharmin S و Naganuma H و Yoshimura Y و Haque F و Era T و Nakazato H و Nakanishi K و Sakuma T و Yamamoto T و Kurihara H و Taguchi A و Nishinakamura R. تحدد iPSCs توطين NEPHRIN المعطل وتشكيل الحجاب الحاجز الشق في خلايا الأقدام الكلوية. تقارير الخلايا الجذعية. 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. جيل من عضويات الكلى المشتقة من PSC البشري مع قطاعات نيفرون منقوشة وشبكة أوعية جديدة. الخلية الجذعية للخلايا. 2019 ؛ 25 (3): 373-879.

6. Czerniecki SM و Cruz NM و Harder JL و Menon R و Annis J و Otto EA و Gulieva RE و Islas LV و Kim YK و Tran LM و Martins TJ و Pippin JW و Fu H و Kretzler M و Shankland SJ و Himmelfarb J ، مون آر تي ، باراغاس إن ، فريدمان بس. يعزز الفحص عالي الإنتاجية التمايز العضوي للكلى عن الخلايا الجذعية متعددة القدرات البشرية ويتيح التنميط الظاهري متعدد الأبعاد آليًا. الخلية الجذعية للخلايا. 2018 ؛ 22 (6): 929-40.

7. Shimizu T، Mae SI، Araoka T، Okita K، Hotta A، Yamagata K، Osafune K. نموذج ADPKD جديد باستخدام عضيات الكلى المشتقة من خلايا iPSCs البشرية الخاصة بالأمراض. 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. تعمل الخلايا المنتجة للإريثروبويتين على تحسين فقر الدم الكلوي في الفئران. 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. العلاج بالخلايا باستخدام أسلاف كلوية مشتقة من الخلايا الجذعية المحفزة بواسطة الإنسان يخفف من إصابة الكلى الحادة في الفئران. ترجمة الخلايا الجذعية ميد. 2015 ؛ 4 (9): 980-92.

10. Hoshina A و Kawamoto T و Sueta SI و Mae SI و Araoka T و Tanaka H و Sato Y و Yamagishi Y و Osafune K. تطوير طريقة جديدة لإثراء السلالات الكلوية البشرية المشتقة من iPSC باستخدام علامات سطح الخلية. مندوب علوم .2018 ؛ 8 (1): 6375.

11. Imberti B و Tomasoni S و Ciampi O و Pezzotta A و Derosas M و Xinaris C و Rizzo P و Papadimou E و Novelli R و Benigni A و Remuzzi G و Morigi M. نموذج الماوس لإصابة الكلى الحادة. مندوب علوم .2015 ؛ 5: 8826.