munuaisten uudistuminen kantasoluilla: yleiskatsaus

Abstrakti

Tausta: munuaisten uudistuminen on tällä hetkellä saamassa huomattavaa huomiota munuaisdialyysin sijasta munuaisten vajaatoiminnan lopullisena terapeuttisena strategiana. Anatomisten komplikaatioiden vuoksi munuaisen uskotaan kuitenkin olevan vaikein elin uusiutua. Näin monimutkaista elintä on käytännössä mahdotonta kuvitella rakennettavan kokonaan uudelleen de novo kantasoluista. Tästä huolimatta useat tutkimusryhmät yrittävät tätä suurta haastetta. Yhteenveto: on olemassa 4 päästrategiat de novo munuaisten uudistumista kantasoluista. Nämä strategiat sisältävät: (i) decellularized ruumiillinen teline, (ii) blastocyst decomplementation, (iii) nefrogenic markkinarako kasvaa xeno-embyro, ja (iv) itse kokoonpano potentiaalia. Kaikkia näitä strategioita voidaan soveltaa kliinisessä ympäristössä, mutta merkittävä valmistusaika näyttää olevan tarpeen. Keskeiset Viestit: Vaikka monet jäljellä olevat ongelmat ovat munuaisten uudistumista, mukaan lukien eettisiä kysymyksiä ja muodostumista kimeeristen rakenteiden, kokeet tarjoavat toivoa dialyysipotilaille ja munuaisten uudistumista odotetaan olevan todellisuutta tulevaisuudessa.

© 2014 S. Karger AG, Basel

Johdanto

munuainen säilyttää uusiutumiskyvyn, jos vaurio ei ole liian vakava ja munuaisten rakenne pysyy ehjänä. Kuitenkin tapauksissa peruuttamattomia vaurioita munuaisten, kuten voi tapahtua pitkän aikavälin dialyysin, ominaisuus itsensä uusiminen on täysin menetetty. Siksi regeneratiivisen lääketieteen soveltaminen dialyysipotilailla edellyttää koko toiminnallisen munuaisen kehittämistä.

funktionaalisen koko munuaisen osalta, Chan et al. raportoitu ensimmäinen yritys kehittää kokonainen toiminnallinen munuaisten yksikkö muodostamalla siirrettävissä pronephros eläinten caps in Xenopus. Tämän pronephros-kaltaisen yksikön siirto korjasi ainakin osittain turvotusta kahdenvälisesti nefrektomisoiduissa nuijapäissä, ja ne säilyivät jopa 1 kuukauden ajan. Tietojemme mukaan tämä tutkimus on ainoa, jossa on kehitetty siirrettävissä oleva toiminnallinen koko munuaisen yksikkö de novo. Tässä tutkimuksessa muodostunut pronephros-rakenne oli kuitenkin liian alkeellinen mihinkään kliiniseen soveltamiseen ihmisillä. Sen jälkeen maailmalla on yritetty elvyttää kantasoluista kokonaisia munuaisia de novo (pätee nisäkkäisiin).

koko munuaisen rekonstruointi Dekellularisoidulla Ruumiinrakennetelineellä

on raportoitu, että dekellularisoidulla ruumiinrakennetelineellä voidaan tarjota markkinarako kantasoluille, jotka voivat erottua kokonaisiksi elimiksi. Tätä strategiaa käyttivät Ott et al. kehittää onnistuneesti toimiva keinotekoinen rotansydän. Koko sydämen teline, jossa on ehjä kolmiulotteinen (3D) geometria ja verisuonitus, luotiin sepelvaltimon perfuusion avulla pesuaineilla ruumiilliseen sydämeen, minkä jälkeen se kansoitettiin vastasyntyneillä sydänsoluilla tai rotan aortan endoteelisoluilla . Injektoidut vastasyntyneiden sydänsolut muodostivat supistuvan sydänlihaksen,joka suoritti aivohalvauksen. Tämä strategia on myös käytetty kehittämään siirrettävissä maksan ja keuhkojen käyttäen kypsiä hepatosyytti ja alveolaarinen epiteelisolut, vastaavasti . Tätä tekniikkaa yritettiin käyttää useita kertoja munuaisten uudistamiseen. Nämä yritykset osoittivat, että infusoidut pluripotentit kantasolut paikallistettiin verisuonistoon ja glomeruluksiin, ja myöhemmin siirryttiin tubuluksiin, mutta munuaistoiminnan hankkiminen oli vaikeaa . Äskettäin sama ryhmä, joka onnistuneesti käytti edellä kuvattua menetelmää sydämen ja keuhkojen tuottamiseen, raportoi onnistuneesta koko munuaisen uudistumisesta, joka voi tuottaa virtsaa elinsiirron jälkeen . Erityisesti he käyttivät hyvin erilaistuneita ihmisen napalaskimon endoteelisoluja pluripotenttien kantasolujen sijaan, ja vain telineen käyttö tarjosi niille valikoivasti markkinaraon munuais-ja verisuonisolujen eriytymiseen oikealla alueella. Vaikka ei ole selvää, miten infusoidut solut erilaistuvat ja orkestroivat nefroneiksi, joilla on verisuonitus virtsan tuottamiseksi, tämä tekniikka voisi olla ratkaisu luovuttajaelinten puutteeseen.

blastokystin Komplementaatio

normaalien alkion kantasolujen (es) injisointi rekombinaatiota aktivoivien geeni 2: n puutoksesta kärsivien hiirten blastokysteihin, joilla ei ole kypsiä B-tai T-lymfosyyttejä, tuottaa somaattisia kimeerejä es-soluista peräisin olevien kypsien B-ja T-solujen kanssa . Tätä ”blastocysts complementation” – järjestelmää sovellettiin äskettäin koko elimen rekonstruointiin. Kobayashi ym. äskettäin raportoitu rotan haiman onnistunut uudistuminen hiiressä spesiaalisten blastokystiruiskeiden indusoiduilla pluripotent-kantasoluilla (iPS). He ruiskuttivat rotan iPS-soluja Pdx: ään.-1-/- (pankreatogeneesi-vammainen) hiiren blastokystat ja havaittiin, että rotan ja hiiren vastasyntyneet kimairat käsittelivät lähes kokonaan iPS: stä peräisin olevaa haimaa. Tämä menestys todistaa, että kun elimelle tarjotaan tyhjä kehitysriski, iPS-soluperäinen soluperäinen jälkeläinen voi miehittää kyseisen markkinaraon ja kompensoida kehityshäiriöisesti markkinaraon puuttuvaa sisältöä. Tämä muodostaa monimutkaisen elimen, joka koostuu lähes kokonaan luovuttaja iPS-soluista saaduista soluista, vaikka blastosyyttien täydentyminen liittyisi eri lajeihin. Tutkimusryhmä loi äskettäin PDX: N.-1-/- sika ja onnistui tuottamaan isompi haima käyttämällä tätä tekniikkaa . Nämä onnistuneet löydökset viittaavat siihen, että ihmisen kokoiset elimet voisivat teoriassa syntyä de novo.

tätä tekniikkaa käytettiin äskettäin koko munuaisen rekonstruktioon . Kun hiiren iPS-soluja oli ruiskutettu sall1-null-hiirten blastokysteihin, joilta puuttuvat molemmat munuaiset, suurin osa metanefroista koostui iPS-solusta erotetuista soluista. He eivät kuitenkaan voineet saada poikasta karjassa tämän manipuloinnin jälkeen tuntemattomasta syystä, mikä viittaa siihen, että tässä järjestelmässä on toinen ongelma, joka on ratkaistava munuaisten uudistamiseksi. Nämä havainnot viittaavat kuitenkin vahvasti siihen, että blastokystin täydentäminen on mitä lupaavin strategia munuaisten uudistamiseksi. Näitä järjestelmiä ei ole tällä hetkellä saatavilla kliiniseen käyttöön, koska verisuonisto-ja hermostojärjestelmien tuottaminen ei ole mahdollista. Lisäksi tärkeitä eettisiä kysymyksiä blastokystien manipuloinnista iPS-soluilla on edelleen ratkaisematta . Kuitenkin, tämä menestys korostaa perusteluja, että lopullinen kliininen soveltaminen munuaisten uudistuminen on riippuvainen kehityshäiriöitä ohjelmointi.

on yritetty käyttää Nefrogeenistä markkinarakoa Ksenoalkioiden kasvattamiseen (Organogeenisen markkinaraon menetelmä)

kokonaisen funktionaalisen munuaisen elvyttämistä kehittyvän heterotsooisen alkion avulla ”elintehtaana”. Tämä perustuu käsitteeseen ’lainata’ kasvavan kseno-alkion kehitysohjelma soveltamalla kantasoluja organogeneesin kapealla alueella. Metanefrosin kehityksen aikana metanephric mesenchyme muodostuu aluksi nefrogeenisen juosteen kaudaaliosasta ja erittää gliasolulinjasta johdettua neurotrofista tekijää (GDNF). Tämä prosessi saa läheisen wolffilaisen kanavan tuottamaan virtsanjohtimen. Tutkijat microinjected GDNF-ilmentävät ihmisen mesenkymaalisia kantasoluja (hMSCs) sivuston orastava tämän prosessin jälkeen . Vastaanottava alkio kasvatettiin kokonaisena alkionviljelyjärjestelmänä, ja muodostunut metanefros kehitettiin urkuviljelyssä. Virukseton manipulointi voidaan suorittaa myös termoreversoituvalla GDNF-polymeerillä . Tämän seurauksena luovuttaja-hMSCs integroitui alkeellisiin metanefroihin ja morfologisesti erilaistui tubulaarisiksi epiteelisoluiksi, interstitiaalisoluiksi ja glomerulaarisiksi epiteelisoluiksi . Tämän jälkeen tutkijat siirsivät kehittyneet metanefrot omentumiin, jotta verisuonisto integroituisi vastaanottajasta muodostaen toimivan nefronin. Tämän seurauksena syntyi hMSC-johdettu ”neokidney”, jossa oli ihmisen nefroni ja isännän verisuonisto . Lisäksi neokidney tuotti virtsaa, jossa ureatypen ja kreatiniinin pitoisuudet olivat suuremmat kuin vastaanottajan seerumeissa. Tämä havainto viittasi siihen, että omentumissa kehittynyt neokidney kykeni tuottamaan virtsaa suodattamalla vastaanottajan verta . Lisäksi hMSC: stä johdettu neokidney eritti ihmisen erytropoietiinia ja sen tuotantoa kiihdytti anemian indusointi isäntäeläimessä . Tämä löydös osoitti, että järjestelmä säilyttää erytropoietiinitasojen normaalin fysiologisen säätelyn. Nykyinen järjestelmä ei kuitenkaan välttämättä rekonstruoi virtsajohdin nupun johdannaisia. Sen määrittämiseksi, pystyvätkö MSC: t erilaistumaan virtsajohdin-alkioksi kanan alkioilla, hmscs, joka ilmensi Pax2: ta, ruiskutettiin kanan virtsajohdin-alkioalueelle . Tämän seurauksena ne siirtyivät caudally kanssa venyvä wolffian kanava ja integroituivat wolffian kanava epithelia ja sitten ilmaistu LIM1. Tämä havainto osoitti, että ne voivat erilaistua wolffilaisiksi kanavasoluiksi paikallisten ksenosignaalien vaikutuksesta . Nämä tulokset viittaavat siihen, että kokonainen munuainen voidaan rakentaa uudelleen siirtämällä hMSCs sopivaan aikaan ja paikkaan metanephric mesenchyme-ja virtsajohdin-nupun johdannaisten uudistamiseksi.

onnistuneiden löytöjemme perusteella tutkimme parhaillaan mahdollisuutta tehdä kokeita suuremmalla eläimellä (eli sialla), koska sian munuaisen tilavuus on lähes sama kuin ihmisen munuaisen. Kehittyneiden metanefrojen lopullinen koko näyttää painuvan isäntäalkion kehityksen alkuvaiheissa. Tätä mahdollisuutta tukee havainto, että pienempien isäntien ententaan siirrettyjen suurempien eläinten metanefroi kehittyy elimiksi, joiden tilavuus (halkaisija ja paino) on suurempi kuin tavallisen isäntämunuaisen . Toivottavasti tämä järjestelmä helpottaa sellaisten suurempien elinten kehittämistä, jotka soveltuvat paremmin käytettäväksi ihmisillä (kuva. 1).

kantasolujen Itsekokoutumispotentiaali

jotkut tutkijat ovat esittäneet, että pluripotenteilla kantasoluilla on mahdollisuus erilaistua kypsiksi soluiksi ja itse kasautua kudoksiksi tai elimiksi, ja he ovat tehneet tutkimuksia käyttäen pluripotentteja kantasoluja kypsien solujen tuottamiseen in vitro. 3D-kudoksen autonominen muodostuminen, joka muistuttaa adenohypofyysiä , optista suojusta ja suoliston kudosrakenteita käyttäen 3D ES-soluviljelyjärjestelmää ES-soluista, on osoitettu. Tämä lähestymistapa voisi merkittävästi vähentää monimutkaisuutta organogeneesin terapeuttista uudistumista. Jotta munuaissolut uusiutuisivat tällaisella lähestymistavalla, ES – tai iPS-solut on eriytettävä ensin välivaiheen mesodermeiksi ja sitten munuaisten progenitoreiksi ja sen jälkeen monentyyppisiksi munuaissoluiksi. Mitä tulee munuaisten uudistumiseen, Osafune et al. osoitti, että yksi multipotentti progenitorisolu alkion hiiren munuaisesta, joka ilmentää suuresti Sall1: tä, voisi erilaistua monentyyppisiksi munuaissoluiksi, mukaan lukien glomerulaariset podosyytit ja munuaistiehyen epiteeli, ja lopulta rekonstruoida 3D-munuaisrakenteen. Toisessa tuoreessa tutkimuksessa raportoitiin yksisolususpensioista, jotka olivat peräisin alkiomunuaisista reagensseista, jotka jakautuivat muodostaen organotyyppisiä munuaisrakenteita . Kehitysvaiheessa munuainen on peräisin mesodermistä, joka on yksi varhaisista itukerroksista. Tämän jälkeen mesodermin välisolut erilaistuvat munuaisten progenitoreiksi ja sen jälkeen monentyyppisiksi munuaissoluiksi. Jos siis ES-tai iPS-solut pystyvät erilaistumaan ensin välivaiheen mesodermeiksi ja sitten munuaisten progenitoreiksi, on mahdollista, että kaikentyyppisiä munuaissoluja voidaan tuottaa pluripotenttien kantasolujen avulla. Osafune ym. on perustettu menetelmiä ihmisen iPSCs: n erottamiseksi välivaiheen mesodermin soluiksi käyttämällä kasvutekijöiden yhdistelmähoitoa . Nämä solut ilmentävät välivaiheen mesodermin merkkigeenejä ja voivat kypsyä useiksi solutyypeiksi, mukaan lukien välivaiheen mesodermin johdannaisissa elimissä, kuten munuaisissa, sukurauhasissa ja lisämunuaiskuoressa. Nämä tutkimukset viittaavat siihen, että jos nämä mesodermin välisolut voivat erilaistua munuaisten progenitorisoluiksi, voi 3D-munuaisrakenne rakentua pluripotenteista kantasoluista. Keinoja, joilla uudistetun munuaisen ja vastaanottajan välinen toiminnallinen verisuonisto voidaan onnistuneesti uudistaa, ei tunneta. Lisäksi regeneroidun munuaisen in vivo-toiminta on epäselvää. Kehitysbiologian uudet edistysaskeleet voivat kuitenkin ratkaista nämä ongelmat ja mahdollistaa koko munuaisten uudistumisen in vitro.

johtopäätös

tässä artikkelissa esitetään yhteenveto viimeisimmistä tutkimuksista, jotka koskevat kantasolujen käyttöä toimivan koko munuaisen uudistamisessa. Huolimatta monista biologisista ja teknisistä edistysaskeleista munuaisten uudistamisessa, täysin toimivan munuaisen jälleenrakentaminen on edelleen tavoittamattomissa, ja monet ongelmat ovat edelleen ratkaisematta. Heterologisen kudoksen, kuten xeno-metanefroin ja xeno-blastokystien, käyttö aiheuttaa eettisiä ongelmia, kun taas menetelmiä ESC/iPSCs: n erottamiseksi luotettavasti munuaisiin in vitro ei ole täysin selvitetty. On vielä kehitettävä menetelmiä, joilla varmistetaan regeneroidun munuaiskudoksen toiminta virtsan ja erytropoietiinin tuottamiseksi. Kantasoluihin ja kehitysbiologiaan liittyvien ponnistelujen jatkaminen kuitenkin toivottavasti ratkaisee nämä ongelmat, mikä johtaa uusien hoitostrategioiden kehittämiseen koko munuaisen rekonstruoimiseksi riittävän munuaistoiminnan avulla. Uskomme, että tällaiset ponnistelut toteutuvat ja toimiva munuainen on mahdollista uudistaa tulevaisuudessa.

artikkeli / julkaisu

Copyright / Drug dose / Disclaimer

Copyright: Kaikki oikeudet pidätetään. Mitään tämän julkaisun osaa ei saa kääntää muille kielille, jäljentää tai käyttää missään muodossa tai millään sähköisellä tai mekaanisella tavalla, mukaan lukien valokopiointi, tallennus, mikrokopiointi tai mikään Tietojen tallennus-ja hakujärjestelmä ilman julkaisijan kirjallista lupaa.
huumeiden annostus: tekijät ja julkaisija ovat pyrkineet kaikin tavoin varmistamaan, että tässä tekstissä esitetyt lääkkeiden valinta ja annostus ovat julkaisuhetkellä voimassa olevien suositusten ja käytäntöjen mukaisia. Meneillään olevan tutkimuksen, hallituksen säännösten muutosten sekä lääkehoidosta ja lääkereaktioista kertovan jatkuvan tiedonkulun vuoksi lukijaa kehotetaan kuitenkin tarkistamaan kunkin lääkkeen pakkausselosteesta mahdolliset käyttöaiheiden ja annostuksen muutokset sekä lisätyt varoitukset ja varotoimet. Tämä on erityisen tärkeää, kun suositeltu aine on uusi ja / tai harvoin käytetty lääke.
Vastuuvapauslauseke: tämän julkaisun sisältämät lausunnot, lausunnot ja tiedot ovat ainoastaan yksittäisten kirjoittajien ja avustajien lausuntoja, eivät kustantajien ja julkaisijan(julkaisijoiden) lausuntoja. Mainosten tai/tai tuoteviitteiden esiintyminen julkaisussa ei takaa, vahvista tai hyväksy mainostettuja tuotteita tai palveluita tai niiden tehokkuutta, laatua tai turvallisuutta. Julkaisija ja toimittaja(t) eivät ole vastuussa mistään henkilöihin tai omaisuuteen kohdistuvasta vahingosta, joka johtuu ideoista, menetelmistä, ohjeista tai tuotteista, joihin sisällössä tai mainoksissa viitataan.