การสร้างแบบจำลองโรค

เทคโนโลยี iPSC ช่วยให้สามารถสร้างแบบจำลองโรคในหลอดทดลอง ซึ่ง hiPSCs เฉพาะโรคจากเซลล์ร่างกายของผู้ป่วยหรือแยกความแตกต่างเป็นประเภทเซลล์ที่เสียหายโดยการแก้ไขยีนที่ก่อให้เกิดโรคใน hiPSCs จากผู้บริจาคที่มีสุขภาพดีเพื่อเลียนแบบฟีโนไทป์ของโรค (รูปที่ 1a) งานก่อนหน้านี้ของ Freedman et al จากการกลายพันธุ์ของยีน PKD1 ที่เด่นใน autosomal ที่เกิดจากผู้ป่วยโรคไต polycystic (ADPKD) สร้าง hiPSCs และพบว่า hiPSCs และเซลล์ที่มีความแตกต่างของพวกเขาแสดงการลดการควบคุมของ polycystin 2 ซึ่งอธิบายถึงกลไกใหม่ที่เข้ารหัสยีน PKD1 polycystin 1 ควบคุมการแสดงออกของ polycystin 2 กลุ่มของเราเพาะเลี้ยง hiPSCs จากผู้ป่วยที่มี ADPKD รวมถึงผู้ที่มีหลอดเลือดโป่งพองในกะโหลกศีรษะรวมกัน และยืนยันว่าการจัดการแคลเซียมภายในเซลล์และการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับเมทริกซ์นอกเซลล์นั้นมีการเปลี่ยนแปลงในเซลล์หลอดเลือดที่แตกต่างจาก hiPSCs ซึ่งสอดคล้องกับเซลล์หลอดเลือดจากแบบจำลองเมาส์ของ ADPKD และ เซลล์ถุงน้ำในไตจากผู้ป่วย ADPKD

รูปที่ 1: การสร้างแบบจำลอง ADPKD โดยใช้ hiPSCs เฉพาะโรค ตอบ: แผนผังแสดงการวิจัยแบบจำลองโรคสำหรับ ADPKD hiPSCs ที่จำเพาะต่อโรคได้มาจากการสร้างโปรแกรมเซลล์โซมาติกของผู้ป่วย ADPKD ซ้ำหรือการตัดต่อยีน PKD1/2 ใน hiPSCs ที่ได้มาจากผู้บริจาคที่มีสุขภาพดี แบบจำลองโรคถูกสร้างขึ้นโดยการแยก hiPSCs เฉพาะของ ADPKD ออกเป็นเนื้อเยื่อไตสำหรับการวิเคราะห์ทางพยาธิวิทยาและการค้นพบยา

ความก้าวหน้าล่าสุดในการสร้างอวัยวะคล้ายหน่วยไตจาก hiPSCs ช่วยให้สามารถจำลองโรคไต เช่น โรคไตในไต กลุ่มอาการไตพิการแต่กำเนิด และโรคไตถุงน้ำหลายใบชนิด autosomal recessive (ARPKD) แบบจำลองของซีสต์ไต ADPKD โดยใช้อวัยวะคล้ายหน่วยไตถูกสร้างขึ้นจาก hESCs กลายพันธุ์ pkd1 /2 พันธุ์แท้ที่ตัดต่อยีน อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้ ADPKD ที่ผู้ป่วยได้รับหรือดัดแปลงยีน heterozygous pkd1 กลายพันธุ์ hiPSCs แบบจำลองเหล่านี้ไม่ได้สรุปฟีโนไทป์ของถุงน้ำในไตที่เห็นใน ADPKD ในทางตรงกันข้าม เมื่อเร็ว ๆ นี้เราได้สร้างอวัยวะที่มีลักษณะคล้ายหน่วยไตจาก ADPKD ที่ได้รับจากผู้ป่วยและ heterozygous ที่แก้ไขด้วยยีนและ hiPSCs กลายพันธุ์ pkd1 บริสุทธิ์โดยการรักษาด้วย forskolin เพื่อเผยแพร่ซีสต์ของไต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรายืนยันว่า hiPSC ทั้งสามประเภทสามารถสร้างถุงน้ำในไตได้ (รูปที่ 1b-d) ถุงน้ำในไตเหล่านี้ตอบสนองต่อยาบางชนิดที่ทราบกันดีว่าสามารถยับยั้งการสร้างถุงน้ำใน ADPKD เช่น เป้าหมายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมของราปาไมซิน (mTOR) ซึ่งบ่งชี้ว่าแบบจำลองเหล่านี้สามารถใช้เพื่อตรวจหาสารประกอบของยาเพื่อป้องกันการก่อตัวของถุงน้ำในไต (รูปที่ 1e) ขณะนี้เรากำลังพัฒนาระบบคัดกรองสารเคมีปริมาณงานสูงสำหรับการค้นพบยารักษาโรคใน ADPKD โดยการปรับเปลี่ยนแบบจำลองถุงน้ำ

รูปที่ 1:b: ภาพสนามสว่างที่เป็นตัวแทนของ PKD ชนิดดั้งเดิมและตัดต่อยีน1-ออร์แกนอยด์ในไตที่ได้รับจาก hiPSC กลายพันธุ์หลังจากรักษาด้วย forskolin 7 วัน c: ปริมาณของพื้นที่เรื้อรังของอวัยวะในไตใน (b) ข้อมูลแสดงเป็นค่าเฉลี่ย± SE จากการทดลองอิสระสามครั้งโดยมีการทำซ้ำสี่ครั้งในแต่ละการทดลอง ** หน้า<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.

คลิกที่นี่เพื่อรับผลกระทบของ Cistanche ต่อไตและสารสกัดจาก Cistanche คืออะไร

แก้ไขภาวะแทรกซ้อนของโรคไต

ภาวะแทรกซ้อนที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับโรคไตเรื้อรัง (CKD) ได้แก่ ภาวะไตวายที่เกิดจากการผลิตฮอร์โมน erythropoietin (EPO) ของเม็ดเลือดในไตไม่เพียงพอ แม้ว่าภาวะโลหิตจางจากไตจะได้รับการรักษาโดยการเตรียม EPO ของมนุษย์แบบรีคอมบิแนนต์เป็นระยะๆ แต่จำเป็นต้องมีการบำบัดทางสรีรวิทยาเพิ่มเติม เมื่อพิจารณาว่า EPO ยังผลิตในตับในระหว่างที่มีภาวะโลหิตจางรุนแรงจากตัวอ่อนหรือในผู้ใหญ่ เราจึงแก้ไขโปรโตคอลการแยกความแตกต่างของตับที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ เพื่อให้ผลิตเซลล์ EPO จาก hiPSC (เซลล์ hiPSC-EPO) ได้สำเร็จ เซลล์ hiPSC-EPO เหล่านี้ควบคุมการผลิต EPO เพื่อตอบสนองต่อการกระตุ้นจากภาวะขาดออกซิเจน ซึ่งคล้ายกับเซลล์ในร่างกาย จากการวิเคราะห์การก่อตัวของโคโลนีโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดของมนุษย์ โปรตีน EPO ที่มีอยู่ในส่วนเหนือตะกอนของวัฒนธรรมแสดงผลส่งเสริมการสร้างความแตกต่างในเชื้อสายสีแดง นอกจากนี้ เซลล์ hiPSC-EPO เหล่านี้ปรับปรุงภาวะโลหิตจางของไตเป็นเวลา 7 เดือนหลังการปลูกถ่ายในแบบจำลองหนูที่กระตุ้นอะดีนีน ดังนั้น เซลล์ hiPSC-EPO จึงสามารถใช้ค้นพบยาใหม่และพัฒนาวิธีการรักษาด้วยเซลล์สำหรับการรักษาภาวะโลหิตจางจากไต

Cistanche ที่ได้มาตรฐาน

เซลล์บำบัด

มีการตรวจสอบการใช้เซลล์ต้นกำเนิดของไตจากตัวอ่อนที่ได้รับ hiPSC สำหรับการบำบัดด้วยเซลล์ ในการตรวจสอบศักยภาพการรักษาของพวกเขาสำหรับโรคไต เราได้ปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดไตที่มีลักษณะเหมือน NPC ที่สร้างจาก hiPSCs ลงใน subcapsular ของแบบจำลองเมาส์ของการบาดเจ็บของไตเฉียบพลัน (AKI) ที่เกิดจากการบาดเจ็บจากการขาดเลือด/การกลับเป็นซ้ำโดยใช้วิธีการสร้างความแตกต่างของเรา และพบว่าการปลูกถ่ายถูกระงับอย่างมีนัยสำคัญ การเพิ่มขึ้นของยูเรียไนโตรเจนในเลือด (BUN) และซีรัมครีเอตินิน (Cre) ในหนูทดลอง นอกจากนี้ การรักษายังช่วยปรับปรุงความเสียหายทางเนื้อเยื่อที่เกิดจาก AKI อย่างมีนัยสำคัญ เช่น เนื้อร้ายในท่อ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พังผืดคั่นระหว่างหน้าซึ่งสะท้อนถึงความก้าวหน้าของโรคเรื้อรัง ก็ถูกป้องกันอย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน เซลล์ต้นกำเนิดที่ปลูกถ่ายปรับปรุง AKI โดยไม่ต้องรวมเข้ากับเนื้อเยื่อไตโฮสต์ ซึ่งบ่งชี้ว่าผลกระทบของ paracrine ของปัจจัยทางโภชนาการของไตที่หลั่งออกมาจากเซลล์ต้นกำเนิดของไตที่ได้มาจาก hiPSC นั้นมีส่วนรับผิดชอบต่อผลประโยชน์ในการรักษาเป็นส่วนใหญ่ การอธิบายปัจจัยเหล่านี้จะช่วยในการพัฒนาการบำบัดด้วยเซลล์ต้าน AKI และยาใหม่ๆ

อิมเบอร์ติ และคณะ ยังรายงานถึงประโยชน์ในการรักษาของการใช้เซลล์ต้นกำเนิดของไตที่ได้มาจาก hiPSC เพื่อรักษาแบบจำลองเมาส์ของ AKI ที่เกิดจากซิสพลาติน พวกเขาฉีดเซลล์ต้นกำเนิดไตที่มีลักษณะคล้าย NPC ที่ได้มาจาก hiPSC เข้าไปในโมเดลเมาส์ AKI ผ่านทางหลอดเลือดดำส่วนหาง การรักษาด้วยการปลูกถ่ายนี้ยังปรับปรุง AKI อย่างเห็นได้ชัด โดยเห็นได้จากระดับ BUN ที่ลดลงและผลการตรวจชิ้นเนื้อ

แม้ว่าโปรโตคอลการสร้างความแตกต่างสำหรับการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดของไตจะแตกต่างจากแบบจำลองของเมาส์ AKI แต่รายงานทั้งสองนี้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกถึงประโยชน์ในการรักษาที่เป็นไปได้ของการใช้เซลล์ต้นกำเนิดของไตที่ได้มาจาก hiPSC สำหรับการรักษาโรคไต

สมุนไพรอบเชย

บทสรุปและมุมมองในอนาคต

มีความก้าวหน้าอย่างมากในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดของไตจากตัวอ่อนและเนื้อเยื่อไตจาก hPSCs อย่างไรก็ตาม ยังมีอุปสรรคบางประการที่ต้องเอาชนะก่อนที่จะนำไปใช้ทางคลินิก เกี่ยวกับการสร้างไตขึ้นใหม่ การสร้างเนื้อเยื่อไตและกระดูกเชิงกรานที่ใหญ่ขึ้นและโครงสร้างที่คล้ายท่อไต ซึ่งในการเก็บรวบรวมท่อรวมกันยังไม่บรรลุผลสำเร็จ นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีการบูรณาการโครงสร้างไตที่ได้มาจาก hiPSC กับหลอดเลือดขนาดใหญ่ การบำบัดด้วยเซลล์โดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดของไตที่ได้รับจาก hiPSC ควรได้รับการตรวจสอบในรูปแบบ CKD ในที่สุด แบบจำลองที่ใช้ hiPSC ได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับโรคไตจำนวนหนึ่ง รวมถึง ADPKD และคาดว่าจะสามารถระบุสารประกอบที่เป็นตัวยาต้านโรคไตได้

สารสกัดจาก Cistanche tubulosa

อ้างอิง

1. Freedman BS, Lam AQ, Sundsbak JL, Iatrino R, Su X, Koon SJ, Wu M, Daheron L, Harris PC, Zhou J, Bonventre JV. polycystin ปรับเลนส์ที่ลดลง-2 ในสเต็มเซลล์ที่ชักนำให้เกิด pluripotent จากผู้ป่วยโรคไตที่มีถุงน้ำหลายใบที่มีการกลายพันธุ์ PKD1 เจ แอม ซ็อก เนฟรอล 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 โรคไตทางคลินิกและการทดลอง (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. การระบุ MMP1 เป็นปัจจัยเสี่ยงใหม่สำหรับการโป่งพองในกะโหลกศีรษะใน ADPKD โดยใช้แบบจำลอง iPSC ตัวแทนวิทยาศาสตร์ 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, ไซมอนส์ ซี, ลิตเติ้ล เอ็มเอช อวัยวะในไตที่ได้รับจากผู้ป่วยจาก iPSC แสดงการตรวจสอบการทำงานของฟีโนไทป์ของไต ciliopathic และเปิดเผยกลไกการเกิดโรคพื้นฐาน 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. ออร์แกนอยด์จากโรคไตที่ได้มา iPSCs ระบุการแปล NEPHRIN ที่บกพร่องและการสร้างไดอะแฟรมร่องในไต podocytes รายงานสเต็มเซลล์ 2018;11(3):727–40.

5. JH ต่ำ, 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. การสร้างออร์แกนอยด์ไตที่ได้จาก PSC ของมนุษย์พร้อมส่วนของเนฟรอนที่มีลวดลายและเครือข่ายหลอดเลือดเดอโนโว เซลล์สเต็มเซลล์. 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. การตรวจคัดกรองปริมาณงานสูงช่วยเพิ่มความแตกต่างของอวัยวะในไตจากเซลล์ต้นกำเนิดหลายเซลล์ของมนุษย์ และเปิดใช้งานการสร้างฟีโนไทป์หลายมิติโดยอัตโนมัติ เซลล์สเต็มเซลล์. 2018;22(6):929–40.

7. Shimizu T, Mae SI, Araoka T, Okita K, Hotta A, Yamagata K, Osafune K. แบบจำลอง ADPKD แบบใหม่โดยใช้อวัยวะไตที่ได้จาก iPSCs ของมนุษย์ที่เป็นโรคเฉพาะ Biochem Biophys Res ชุมชน 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. สเต็มเซลล์จากมนุษย์จำนวนมาก เซลล์ที่ผลิต erythropoietin ช่วยบรรเทาอาการโลหิตจางของไตในหนู Sci แปล 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. การบำบัดด้วยเซลล์โดยใช้ต้นกำเนิดของไตจากเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ที่เหนี่ยวนำโดยมนุษย์ช่วยแก้ไขการบาดเจ็บของไตเฉียบพลันในหนู สเต็มเซลล์ทรานสเลเมด 2558;4(9):980–92.

10. Hoshina A, Kawamoto T, Sueta SI, Mae SI, Araoka T, Tanaka H, ​​Sato Y, Yamagishi Y, Osafune K. การพัฒนาวิธีการใหม่ในการเสริมสร้างเซลล์ต้นกำเนิดไตที่ได้จาก iPSC โดยใช้เครื่องหมายบนผิวเซลล์ ตัวแทนวิทยาศาสตร์ 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. ต้นกำเนิดของไตที่ได้มาจากการฝังและคืนค่าการทำงานของ iPSCs ของมนุษย์ใน a แบบจำลองหนูของการบาดเจ็บที่ไตเฉียบพลัน ตัวแทนวิทยาศาสตร์ 2015;5:8826.