vese regeneráció őssejtekkel: áttekintés

absztrakt

háttér: a vese regenerációja jelenleg jelentős figyelmet kap a vese dialízis helyett, mint a veseelégtelenség végső terápiás stratégiája. Anatómiai szövődmények miatt azonban úgy gondolják, hogy a vese a legnehezebben regenerálható szerv. Egy ilyen bonyolult szervet gyakorlatilag lehetetlen elképzelni, hogy teljesen újjáépítsék de novo őssejtekből. Ennek ellenére számos kutatócsoport megpróbálja ezt a nagy kihívást. Összegzés: 4 fő stratégia létezik az őssejtekből származó de novo vese regenerációjára. Ezek a stratégiák magukban foglalják a következőket: (i) egy decellularizált kadaverikus állvány, (ii) blasztociszta dekomplementáció, (iii) egy nefrogén rés a Xeno-embyro növekedéséhezés (iv) önszerelési potenciál. Mindezek a stratégiák alkalmazhatók a klinikai körülmények között, de jelentős előkészítési időszakra van szükség. Főbb Üzenetek: Bár a veseregenerációval kapcsolatban még számos megoldatlan probléma áll fenn, beleértve az etikai kérdéseket és a kiméra struktúrák kialakulását, a kísérletek reményt adnak a dialízisben szenvedő betegeknek, és a veseregeneráció várhatóan valósággá válik a jövőben.

6014 S. Karger AG, Basel

Bevezetés

a vese megtartja a regenerálódási képességet, ha a károsodás nem túl súlyos, és a vese szerkezete sértetlen marad. A vese visszafordíthatatlan károsodása esetén azonban, amint az a hosszú távú dialízis során előfordulhat, az önmegújulás tulajdonsága teljesen elveszik. Ezért a regeneratív gyógyszer bármilyen alkalmazása dialízisben szenvedő betegeknél a teljes funkcionális vese de novo fejlődését igényli.

a funkcionális egész vese szempontjából Chan et al. jelentette az első kísérletet egy teljes funkcionális veseegység kifejlesztésére azáltal, hogy átültethető pronephros-t képez az állati sapkákból a Xenopusban. Ennek a pronephros-szerű egységnek a transzplantációja legalább részben korrigálta az ödémát kétoldalúan nephrectomizált ebihalakban, és legfeljebb 1 hónapig fennmaradtak. Legjobb tudomásunk szerint ez a tanulmány az egyetlen, amelyben átültethető funkcionális egész vese egységet fejlesztettek ki de novo. Az ebben a vizsgálatban kialakult pronephros szerkezet azonban túl primitív volt bármilyen klinikai alkalmazáshoz emberben. Azóta világszerte számos kísérlet történt az egész vese de novo (emlősökben alkalmazható) őssejtekből történő regenerálására.

teljes vese rekonstrukció Decellularizált Cadaveric állvány alkalmazásával

beszámoltak arról, hogy a decellularizált cadaveric állványok rést biztosíthatnak az őssejtek számára, hogy egész szervekké differenciálódjanak. Ezt a stratégiát Ott et al. a funkcionális mesterséges patkány szív sikeres kifejlesztése. Egy teljes szív állvány ép háromdimenziós (3D) geometriával és érrendszerrel jött létre koszorúér perfúzió mosószerekkel a cadaveric szívbe, majd újszülött szívsejtekkel vagy patkány aorta endothel sejtekkel történő újratelepítés . Az injektált újszülött szívsejtek kontraktilis szívizomot képeztek, amely a stroke funkciót végezte. Ezt a stratégiát alkalmazták transzplantálható máj és tüdő kifejlesztésére is Érett hepatocita és alveoláris hámsejtek felhasználásával . Számos kísérletet tettek ennek a technikának a vese regenerálására. Ezek a kísérletek azt mutatták, hogy az infúzióban lévő pluripotens őssejtek az érrendszerbe és a glomerulusokba lokalizálódtak, majd a tubulusokba vándoroltak, de a vesefunkció megszerzése nehéz volt . Azonban a közelmúltban ugyanaz a csoport, amely sikeresen alkalmazta a fent leírt módszert a szív és a tüdő létrehozására, sikeres teljes vese regenerációról számolt be, amely a transzplantáció után vizeletet termelhet . Különösen jól differenciált emberi köldökvénás endothel sejteket használtak pluripotens őssejtek helyett, és csak egy állvány használata szelektíven biztosította számukra a rést a vese és az érrendszeri lakósejtek differenciált eltérítéséhez a megfelelő területen. Bár nem világos, hogy az infúzióban lévő sejtek hogyan differenciálódnak és hangszerelnek nephronokká érrendszerrel, hogy vizeletet termeljenek, ez a technika megoldást jelenthet a donor szervek hiányára.

blasztociszta Komplementáció

normál embrionális őssejtek injekciója a rekombinációt aktiváló 2 .génhiányos egerek blasztocisztáiba, amelyeknek nincs érett B vagy T limfocitája, szomatikus kimérákat generál ES sejtből származó érett B és T sejtekkel. Ezt a blastocysta komplementációs rendszert nemrégiben alkalmazták az egész szerv rekonstrukciójára. Kobayashi et al. a közelmúltban beszámoltak egy patkány hasnyálmirigy sikeres regenerációjáról az egérben indukált pluripotens szár (iPS) sejtek interspecifikus blastocysta injekciójával. Patkány iPS sejteket injektáltak a Pdx-be-1-/- (pancreatogenesis-disabled) egér blastociszták és megállapította, hogy a patkány és egér újszülött kimérái szinte teljes egészében iPS-eredetű hasnyálmirigyet dolgoztak fel. Ez a siker bizonyítja, hogy amikor egy szerv számára üres fejlődési rést biztosítanak, az iPS sejtből származó sejt utódok elfoglalhatják ezt a rést, és fejlődési szempontból kompenzálhatják a rés hiányzó tartalmát. Ez egy bonyolult szervet képez, amely szinte teljes egészében donor iPS sejtekből származó sejtekből áll, még akkor is, ha a blasztocita komplementáció különböző fajokat foglal magában. Ez a kutatócsoport nemrégiben létrehozott egy Pdx-et-1-/- ezzel a módszerrel sikerült nagyobb hasnyálmirigyet létrehozni . Ezek a sikeres eredmények azt sugallják, hogy elméletileg emberi méretű szerveket lehet létrehozni de novo.

ezt a technikát nemrégiben alkalmazták a teljes vese rekonstrukciójára . Egér iPS-sejtek injekcióját követően a sall1-null egerek blasztocisztáiba, amelyeknek mindkét veséje hiányzik, a metanephroi nagy része iPS sejtből származó differenciált sejtekből állt. A manipuláció után azonban ismeretlen okból nem tudták megszerezni a csecsemőt állatállományban, ami arra utal, hogy ebben a rendszerben van még egy megoldandó probléma a vese regenerálódásához. Ezek az eredmények azonban határozottan arra utalnak, hogy a blastocysta komplementáció a vese regenerációjának legígéretesebb stratégiája. Ezek a rendszerek jelenleg nem állnak rendelkezésre klinikai használatra, mert nem lehetséges érrendszeri és idegrendszeri rendszerek létrehozása. Ezenkívül a blasztociszták IPS-sejtekkel történő manipulálásával kapcsolatos fontos etikai kérdések megoldatlanok maradnak . Ennek ellenére ez a siker kiemeli annak indoklását, hogy a vese regenerációjának esetleges klinikai alkalmazása a fejlesztési programozástól függ.

nefrogén fülke használata Xenoembriók termesztésére (organogén fülke módszer)

egy teljes funkcionális vese regenerációját megkísérelték egy fejlődő heterozoikus embrió felhasználásával szervgyárként. Ez a növekvő xeno-embrió fejlesztési programjának kölcsönzésén alapul, őssejtek alkalmazásával az organogenezis résén. A metanephros kialakulása során a metanephric mesenchyme kezdetben a nefrogén zsinór farokrészéből alakul ki, és kiválasztja a gliasejtvonalból származó neurotróf faktort (GDNF). Ez a folyamat arra készteti a közeli wolffian-csatornát, hogy ureterikus rügyet termeljen. A kutatók mikroinjektálták a GDNF-et-humán mezenchimális őssejteket (hMSCs) a bimbózás helyére ezt a folyamatot követve . A recipiens embriót egy egész embriótenyésztő rendszerben termesztették, a kialakult metanephros-t pedig szervkultúrában fejlesztették ki. A vírusmentes manipuláció termoreverzibilis GDNF polimerrel is elvégezhető . Ennek eredményeként a donor hmsc-k integrálódtak a kezdetleges metanephrosba, és morfológiailag differenciálódtak tubuláris hámsejtekké, intersticiális sejtekké és glomeruláris hámsejtekké . A kutatók ezután átültetették a kifejlesztett metanephros – t az omentumba, hogy lehetővé tegyék a vaszkuláris integrációt a recipiensből, hogy funkcionális nephront képezzenek. Ennek eredményeként egy hMSC-ből származó neokidney keletkezett, amely egy humán nephront és a gazdaszervezet érrendszerét tartalmazta . Ezenkívül a neokidney vizeletet termelt, amely magasabb karbamid-nitrogén és kreatinin koncentrációt mutatott, mint a recipiens széruma. Ez a megállapítás arra utalt, hogy az omentumban kialakult neokidney képes volt vizeletet termelni a recipiens vérének szűrésével . Továbbá a hmsc-ből származó neokidney szekretált humán eritropoetint és termelését a gazdaállatban anaemia kiváltása stimulálta . Ez a megállapítás azt jelezte, hogy ez a rendszer megőrzi az eritropoietin szint normális fiziológiai szabályozását. A jelenlegi rendszer azonban nem rekonstruálhatja az ureter rügy származékait. Ezért annak meghatározására, hogy az MSC-k képesek-e differenciálódni az ureter bud progenitorba Csaj embriók segítségével, a pax2-t expresszáló hmsc-ket injektáltuk a csirke ureter bud progenitor régiójába . Ennek eredményeként caudálisan vándoroltak a megnyúlt Wolff-csatornával, integrálódtak a Wolff-csatorna hámjába, majd lim1-et expresszáltak. Ez a megállapítás azt mutatta, hogy a helyi xeno-jelek hatására Wolff-csatorna sejtekké differenciálódhatnak . Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a hmsc-k megfelelő időben és helyen történő átültetésével egy egész vese újjáépíthető a metanephric mesenchyme és az ureter bud származékainak regenerálására.

sikeres eredményeink alapján jelenleg egy nagyobb állaton (azaz a sertésen) történő kísérletezés lehetőségét vizsgáljuk, mivel a sertés vese majdnem ugyanolyan térfogatú, mint az emberi vese. Úgy tűnik, hogy a fejlett metanephros végső mérete a gazdaembrió fejlődésének korai szakaszában van lenyomva. Ezt a lehetőséget támasztja alá az a megállapítás, hogy a kisebb gazdaszervezetek omentájába átültetett nagyobb állatok metanephroi nagyobb térfogatú (átmérő és tömeg) szervekké fejlődnek, mint a normál gazdaszervezet veséje . Remélhetőleg ez a rendszer megkönnyíti a nagyobb szervek fejlődését, amelyek alkalmasabbak az emberek számára (ábra. 1).

az őssejtek Önszerelési potenciálja

egyes kutatók azt javasolták, hogy a pluripotens őssejtek képesek Érett sejtekké differenciálódni és szövetekké vagy szervekké összeállni, és vizsgálatokat végeztek pluripotens őssejtek felhasználásával érett sejtek létrehozására in vitro. Az adenohipofízishez hasonló 3D Szövet autonóm képződését, az optikai sapkát és a bélszöveti struktúrákat az ES sejtekből származó 3D ES sejttenyésztési rendszer alkalmazásával igazolták. Ez a megközelítés jelentősen csökkentheti az organogenezis komplexitását a terápiás regenerációhoz. A vesesejtek ilyen megközelítéssel történő regenerálásához az ES vagy iPS sejteket meg kell különböztetni az első közbenső Mezoderma, majd a vese progenitorokra, majd többféle vesesejtre. Ami a vese regenerálódását illeti, Osafune et al. kimutatták, hogy egy embrionális egérvese egyetlen multipotens progenitor sejtje, amely erősen kifejezi a Sall1-et, többféle vesesejtre differenciálódhat, beleértve a glomeruláris podocitákat és a vese tubuláris epitheliát, és végül rekonstruálhatja a 3D vese szerkezetét. Egy másik nemrégiben készült tanulmány egysejtű szuszpenziókról számolt be az embrionális vese reaggregációjából, hogy organotípusos veseszerkezeteket képezzen . A fejlődés során a vese a közbenső mezodermából származik, amely az egyik korai csíraréteg. A közbenső Mezoderma sejtek ezután vese progenitorokká differenciálódnak, majd többféle vesesejt következik. Ezért, ha az ES vagy az iPS sejtek először közbenső mezodermává, majd vese progenitorokká differenciálódhatnak, akkor megvalósítható, hogy minden típusú vesesejtet pluripotens őssejtek felhasználásával lehet előállítani. Osafune et al. kidolgoztak módszereket az emberi iPSC-k közbenső mezodermasejtekké történő differenciálására növekedési faktorok kombinált kezelésével . Ezek a sejtek intermedier Mezoderma marker géneket expresszálnak, és több sejttípusba érhetnek, beleértve azokat is, amelyek a közbenső Mezoderma-származék szervekben találhatók, mint például a vese, az ivarmirigyek és a mellékvesekéreg. Ezek a vizsgálatok arra utalnak, hogy ha ezek a köztes Mezoderma sejtek képesek differenciálódni vese progenitor sejtekké, akkor pluripotens őssejtekből 3D vese szerkezet építhető fel. A regenerált vese és a recipiens közötti funkcionális érrendszer sikeres regenerálásának eszközei továbbra sem ismertek. Ezenkívül a regenerált vese in vivo funkciója nem világos. A fejlődésbiológia további fejlődése azonban megoldhatja ezeket a problémákat, és lehetővé teszi az in vitro teljes vese regenerálódását.

következtetés

ez a cikk összefoglalja az őssejtek funkcionális egész vese de novo regenerálására történő felhasználásának legújabb vizsgálatait. A vese regenerálódásának számos biológiai és technikai fejlődése ellenére a teljesen működőképes vese rekonstrukciója továbbra sem érhető el, és sok probléma még mindig megoldatlan. A heterológ szövetek, például a xeno-metanephroi és a xeno-blastociszták alkalmazása etikai problémákat vet fel, míg az Esc/iPSC-k vesékre történő megbízható differenciálásának módszerei in vitro nem teljesen ismertek. A regenerált veseszövet vizelet-és eritropoetin-termelő funkciójának biztosítására még ki kell dolgozni módszereket. Az őssejt-és fejlődésbiológia terén tett folyamatos erőfeszítések azonban remélhetőleg megoldják ezeket a problémákat, és új kezelési stratégiák kidolgozásához vezetnek a teljes vese megfelelő vesefunkcióval történő rekonstruálására. Hisszük, hogy ezek az erőfeszítések meg fognak valósulni, és a jövőben lehetséges lesz a funkcionális vese regenerálása.

szerző kapcsolatok

cikk / Kiadvány részletei

szerzői jog / kábítószer-adagolás / jogi nyilatkozat

szerzői jog: Minden jog fenntartva. A kiadvány egyetlen része sem fordítható le más nyelvekre, bármilyen formában vagy bármilyen módon reprodukálható vagy felhasználható, elektronikus vagy mechanikus, beleértve a fénymásolást, felvétel, mikrokópia, vagy bármilyen információtároló és visszakereső rendszer, a kiadó írásbeli engedélye nélkül.
gyógyszeradagolás: a szerzők és a kiadó minden erőfeszítést megtettek annak biztosítására, hogy a gyógyszer kiválasztása és adagolása összhangban legyen a közzététel időpontjában érvényes ajánlásokkal és gyakorlattal. Tekintettel azonban a folyamatban lévő kutatásokra, a kormányzati rendeletek változásaira, valamint a gyógyszeres terápiával és a gyógyszerreakciókkal kapcsolatos állandó információáramlásra, az olvasót arra ösztönzik, hogy ellenőrizze az egyes gyógyszerek betegtájékoztatóját az indikációk és az adagolás változásaira, valamint a figyelmeztetésekre és óvintézkedésekre. Ez különösen fontos, ha az ajánlott szer egy új és / vagy ritkán alkalmazott gyógyszer.
jogi nyilatkozat: A jelen kiadványban szereplő nyilatkozatok, vélemények és adatok kizárólag az egyes szerzőké és közreműködőké, nem pedig a kiadóké és a szerkesztőké. A reklámok és/vagy termékhivatkozások megjelenése a kiadványban nem jelenti a reklámozott termékek vagy szolgáltatások szavatosságát, jóváhagyását vagy jóváhagyását, illetve azok hatékonyságát, minőségét vagy biztonságát. A kiadó és a szerkesztő(k) kizárják a felelősséget a tartalomban vagy a hirdetésekben hivatkozott ötletekből, módszerekből, utasításokból vagy termékekből származó személyek vagy vagyontárgyak bármilyen sérüléséért.