Nierregeneratie met stamcellen: een overzicht

Abstract

Achtergrond: Nierregeneratie wint momenteel veel aandacht in plaats van nierdialyse als de ultieme therapeutische strategie voor nierfalen. Vanwege anatomische complicaties wordt echter aangenomen dat de nier het moeilijkste orgaan is om te regenereren. Zo ‘ n ingewikkeld orgaan is vrijwel onmogelijk voor te stellen volledig herbouwd de novo uit stamcellen. Toch proberen verschillende onderzoeksgroepen deze grote uitdaging aan te gaan. Samenvatting: er zijn 4 belangrijke strategieën voor de novo nierregeneratie van stamcellen. Deze strategieën omvatten het gebruik van: (i) een decellularized kadaveric scaffold, (ii) blastocyst decompletie, (iii) een nefrogene niche voor het kweken van een xeno-embyro, en (iv) zelfassemblage potentieel. Al deze strategieën kunnen van toepassing zijn in de klinische setting, maar een aanzienlijke voorbereidingsperiode lijkt nodig te zijn. Belangrijkste Boodschappen: Hoewel veel openstaande problemen blijven voor nierregeneratie, met inbegrip van ethische kwesties en de vorming van chimerische structuren, trials bieden hoop voor dialysepatiënten en nierregeneratie wordt verwacht dat een realiteit in de toekomst.

© 2014 S. Karger AG, Bazel

Inleiding

de nier behoudt de mogelijkheid om te regenereren als de schade niet te ernstig is en de nierstructuur intact blijft. Echter, in gevallen van onomkeerbare schade aan de nier, zoals kan optreden bij langdurige dialyse, is de eigenschap van zelf-vernieuwing volledig verloren. Daarom zal elke toepassing van regeneratieve geneeskunde bij dialysepatiënten de novo ontwikkeling van een volledige functionele nier vereisen.

in termen van een functionele hele nier, Chan et al. rapporteerde de eerste poging om een hele functionele niereenheid te ontwikkelen door een transplanteerbare pronephros van dierlijke kappen in Xenopus te vormen. Transplantatie van deze pronephros-achtige eenheid corrigeerde ten minste gedeeltelijk het oedeem in bilateraal nefrectomized kikkervisjes, en ze overleefden tot 1 maand. Voor zover wij weten, is deze studie de enige waarin een transplanteerbare functionele gehele niereenheid de novo is ontwikkeld. Echter, de pronephros structuur gevormd in deze studie was te primitief voor elke klinische toepassing in de mens. Sindsdien zijn vele pogingen wereldwijd gedaan om gehele nieren de novo (toepasselijk in zoogdieren) van stamcellen te regenereren.

volledige Nierreconstructie met behulp van een Gedecellulariseerde Kadaversteiger

er is gerapporteerd dat gedecellulariseerde kadaversteigers een niche kunnen vormen voor stamcellen om zich in hele organen te differentiëren. Deze strategie werd gebruikt door Ott et al. om succesvol een functioneel kunstmatig rattenhart te ontwikkelen. Een heel hartsteiger met een intacte driedimensionale (3D) geometrie en vasculatuur werd gecreëerd via coronaire perfusie met detergenten in het kadaveric hart, gevolgd door herpopulatie met neonatale hartcellen of rat aorta endotheelcellen . De geïnjecteerde neonatale hartcellen vormden een contractiel myocardium, dat de slagfunctie uitvoerde. Deze strategie is ook aangewend om transplanteerbare lever en longen te ontwikkelen gebruikend Rijpe hepatocyte en alveolar epitheliaale cellen, respectievelijk . Verschillende pogingen werden gedaan om deze techniek te gebruiken voor nierregeneratie. Deze pogingen onthulden dat de geïnfundeerde pluripotent stamcellen aan vasculature en glomeruli, met latere migratie in de buisjes werden gelokaliseerd, maar het was moeilijk om nierfunctie te verwerven . Echter, onlangs dezelfde groep, die met succes de hierboven beschreven methode gebruikt om hart en longen te genereren, gemeld succesvolle hele nier regeneratie, die urine kan produceren na transplantatie . In het bijzonder, gebruikten zij goed-gedifferentieerde menselijke endothelial cellen van de umbilical ader in plaats van pluripotent stamcellen, en het gebruik van slechts een steiger voorzag hen selectief van een gebied voor gedifferentieerde afleiding van de nier en vasculaire wooncellen in het juiste gebied. Hoewel het niet duidelijk is hoe de geïnfundeerde cellen zich onderscheiden en orkestreren in nefronen met vasculatuur om urine te produceren, zou deze techniek een oplossing voor het tekort aan donororganen kunnen zijn.

Blastocystenaanvulling

injectie van normale embryonale stamcellen in de blastocysten van recombinatieactiverende muizen met Gen 2-deficiëntie, die geen rijpe B-of T-lymfocyten hebben, genereert somatische chimeras met van ES-cellen afgeleide Rijpe B-en T-cellen . Dit’ blastocyst complementation ‘ systeem werd onlangs toegepast op de reconstructie van het gehele orgaan. Kobayashi et al. onlangs gemeld succesvolle regeneratie van een rat pancreas in de muis via een interspecifieke blastocyst injectie van geïnduceerde pluripotente stam (iPS) cellen. Ze injecteerden rat iPS cellen in Pdx-1-/- (pancreatogenese-uitgeschakeld) muis blastocysten en vond dat de pasgeboren chimera ‘ s van de rat en muis verwerkt een bijna volledig IPS-afgeleide pancreas. Dit succes bewijst dat wanneer een lege ontwikkelingsgebied voor een orgaan wordt verstrekt, kan IPS cel-afgeleide cellulaire nageslacht dat gebied bezetten en ontwikkelingsgebied voor de ontbrekende inhoud van het gebied compenseren. Dit vormt een ingewikkeld orgaan dat bijna volledig uit cellen wordt samengesteld die van donor iPS cellen worden afgeleid, zelfs als de blastocyteaanvulling verschillende species impliceert. Die onderzoeksgroep heeft onlangs een Pdx gegenereerd-1-/- varken en erin geslaagd in het genereren van een grotere alvleesklier met behulp van deze techniek . Deze succesvolle bevindingen suggereren dat organen op menselijke schaal theoretisch de novo zouden kunnen worden gegenereerd.

deze techniek werd onlangs toegepast op de gehele nierreconstructie . Na injectie van muis iPS cellen in de blastocysten van Sall1-nul muizen, die beide nieren missen, bestond het grootste deel van de metanephroi uit IPS cel-afgeleide gedifferentieerde cellen. Echter, ze konden het kind niet krijgen in vee na deze manipulatie om een onbekende reden , wat suggereert dat er een ander probleem op te lossen in dit systeem voor nierregeneratie. Nochtans, suggereren deze bevindingen sterk dat blastocystaanvulling een meest veelbelovende strategie voor regeneratie van de nier is. Deze systemen zijn op dit moment niet beschikbaar voor klinisch gebruik omdat het niet mogelijk is om vasculaire en zenuwstelsels te genereren. Bovendien blijven belangrijke ethische kwesties met de manipulatie van blastocysten met IPS-cellen onopgelost . Niettemin, dit succes benadrukt de grondgedachte dat de uiteindelijke klinische toepassing van nierregeneratie moet afhangen van ontwikkelingsprogrammering.

het gebruik van een nefrogene Niche voor het kweken van Xeno-embryo ’s (Organogene Niche-methode)

de regeneratie van een hele functionele nier met behulp van een zich ontwikkelend heterozoïcum embryo als een’ orgaanfabriek ‘ is geprobeerd. Dit is gebaseerd op het concept van het ‘lenen’ van het ontwikkelprogramma van een groeiend xeno-embryo door stamcellen toe te passen op de niche van organogenese. Tijdens de ontwikkeling van de metanefros vormt het metanefrische mesenchym zich aanvankelijk uit het caudale gedeelte van de nefrogene Koord en scheidt het neurotrofe factor (GDNF) af van de gliacellijn. Dit proces induceert het nabijgelegen wolffian kanaal om een ureterische knop te produceren. Onderzoekers microinjected GDNF-expressie menselijke mesenchymale stamcellen (hMSCs) in de plaats van ontluikende na dit proces . Het ontvangende embryo werd gekweekt in een heel embryocultuursysteem, en de gevormde metanephros werd ontwikkeld in orgaancultuur. Virusvrije manipulatie kan ook worden uitgevoerd met behulp van een thermoreversibel GDNF-polymeer . Dientengevolge, werden donorhmscs geïntegreerd in rudimentaire metanephros en morfologisch gedifferentieerd aan tubulaire epitheliale cellen, interstitiële cellen, en glomerular epitheliale cellen . De onderzoekers transplanteerden toen ontwikkelde metanephros in het omentum om vasculaire integratie van de ontvanger toe te staan om een functioneel nefron te vormen. Als gevolg hiervan werd een hmsc-afgeleide ‘neokidney’ gegenereerd, die een menselijk nefron en de vasculatuur van de gastheer bevatte . Bovendien produceerde de neokidney urine met hogere concentraties ureumstikstof en creatinine dan de sera van de ontvanger. Deze bevinding suggereerde dat de neokidney die zich ontwikkelde in het omentum in staat was om urine te produceren door het bloed van de ontvanger te filteren . Bovendien werd de hmsc-afgeleide neokidney humaan erytropoëtine uitgescheiden en de productie ervan werd gestimuleerd door de inductie van bloedarmoede in het gastdier . Deze bevinding wees erop dat dit systeem de normale fysiologische regulatie van erythropoëtinespiegels handhaaft. Het huidige systeem mag echter geen derivaten van de ureterische knop reconstrueren. Daarom, om te bepalen of MSCs kan differentiëren in de ureterische knop voorlopercellen met behulp van kippenembryo ‘ s, hMSCs expressie Pax2 werden geïnjecteerd in de kip ureterische knop voorloperregio . Als gevolg hiervan migreerden ze caudaal met het verlengde wolffiaanse kanaal en werden ze geïntegreerd in het wolffiaanse ductepithelia en vervolgens uitgedrukt LIM1. Deze bevinding toonde aan dat ze kunnen differentiëren in wolffiaanse kanaalcellen onder invloed van lokale xenosignalen . Deze resultaten suggereren dat een hele nier kan worden herbouwd door het transplanteren van hMSCs op een geschikte tijd en locatie om derivaten van de metaanfrische mesenchym en ureterische knop regenereren.

op basis van onze succesvolle bevindingen onderzoeken we momenteel de mogelijkheid om te experimenteren met een groter dier (d.w.z. Het Varken) omdat de varkensnier bijna hetzelfde volume heeft als de menselijke nier. De uiteindelijke grootte van de ontwikkelde metanephros schijnt tijdens de vroege stadia van ontwikkeling in het gastheerembryo te worden ingeprent. Deze mogelijkheid wordt ondersteund door de bevinding dat de metanephroi van grotere dieren getransplanteerd in de omenta van kleinere gastheren zich ontwikkelen tot organen met een groter volume (diameter en gewicht) in vergelijking met dat van een normale gastheernier . Hopelijk zal dit systeem de ontwikkeling van Grotere organen vergemakkelijken die meer geschikt zijn voor gebruik bij de mens (fig. 1).

Zelfassemblagepotentieel van stamcellen

sommige onderzoekers hebben gesuggereerd dat pluripotente stamcellen het potentieel hebben om zich te differentiëren tot rijpe cellen en zichzelf te assembleren tot weefsels of organen, en zij hebben onderzoeken uitgevoerd met pluripotente stamcellen om rijpe cellen in vitro te genereren. De autonome vorming van 3D Weefsel gelijkend op adenohypophysis , de optische GLB , en intestinale weefselstructuren gebruikend een 3D de celcultuursysteem van ES cellen is aangetoond. Deze benadering zou de complexiteit van organogenese voor therapeutische regeneratie aanzienlijk kunnen verminderen. Om niercellen met behulp van een dergelijke aanpak te regenereren, moeten ES-of iPS-cellen worden onderscheiden in eerste tussenliggende mesoderm en vervolgens renale voorlopercellen, gevolgd door verschillende soorten niercellen. Met betrekking tot nierregeneratie, Osafune et al. aangetoond dat één enkele multipotente voorlopercel van een embryonale muisnier, die sall1 hoogst uitdrukt, in verscheidene types van niercellen, met inbegrip van glomerular podocytes en renale tubulaire epithelia kon onderscheiden, en uiteindelijk een 3D nierstructuur kon reconstrueren. Een andere recente studie meldde eencellige suspensies van embryonale nier reagregating om organotypic nierstructuren te vormen . Tijdens de ontwikkeling wordt de nier afgeleid van het tussenliggende mesoderm, een van de vroege kiemlagen. De tussenliggende mesodermcellen onderscheiden dan in niervoorlopercellen, gevolgd door verscheidene types van niercellen. Daarom, als ES of IPs de cellen eerst in middenmesoderm en dan in niervoorlopercellen kunnen onderscheiden, is het haalbaar dat alle soorten niercellen gebruikend pluripotent stamcellen zouden kunnen worden gegenereerd. Osafune et al. hebben methodes gevestigd om menselijke iPSCs in middenmesoderm cellen te onderscheiden gebruikend een combinatiebehandeling van de groeifactoren . Deze cellen drukken tussenliggende mesoderm teller genen uit en konden in veelvoudige celtypes, met inbegrip van die in tussenliggende mesoderm-afgeleide organen zoals de nier, gonaden, en bijnierschors rijpen. Deze onderzoeken suggereren dat, als deze intermediaire mesoderm cellen in niervoorlopercellen kunnen onderscheiden, een 3D nierstructuur uit pluripotent stamcellen kan worden geconstrueerd. De middelen voor het succesvol regenereren van een functioneel vasculair systeem tussen de geregenereerde nier en de ontvanger blijven onbekend. Bovendien is de in vivo functie van een geregenereerde nier onduidelijk. Nochtans, kunnen de verdere vooruitgang in ontwikkelingsbiologie deze kwesties oplossen en in vitro gehele nierregeneratie toestaan.

conclusie

dit artikel geeft een samenvatting van de meest recente onderzoeken naar het gebruik van stamcellen voor het regenereren van een functionele gehele nier de novo. Ondanks vele biologische en technische vooruitgang in nierregeneratie, blijft de reconstructie van een volledig functionele nier buiten bereik, en veel problemen zijn nog steeds onopgelost. Het gebruik van heterologe weefsel, zoals xeno-metanephroi en xeno-blastocysten, brengt ethische problemen op, terwijl de methodes om ESCs/iPSCs in nieren in vitro betrouwbaar te onderscheiden niet volledig zijn gevestigd. Er moeten nog steeds methoden worden ontwikkeld om de functie van geregenereerd nierweefsel voor de productie van urine en erythropoëtine te verzekeren. Nochtans, zullen de voortdurende inspanningen in stamcel en ontwikkelingsbiologie deze kwesties hopelijk oplossen, leidend tot de ontwikkeling van nieuwe behandelingsstrategieën om een volledige nier met adequate nierfunctie te reconstrueren. Wij geloven dat dergelijke inspanningen zullen worden uitgevoerd en dat het mogelijk zal zijn om in de toekomst een functionele nier te regenereren.

Auteur Contacten

Artikel / colofon

Copyright / Drug Dosering / Disclaimer

Copyright: Alle rechten voorbehouden. Geen enkel deel van deze publicatie mag worden vertaald in andere talen, gereproduceerd of gebruikt in welke vorm of op welke wijze dan ook, elektronisch of mechanisch, met inbegrip van fotokopieën, opname, microscopie, of door een systeem voor het opslaan en ophalen van informatie, Zonder schriftelijke toestemming van de uitgever.
dosering van het geneesmiddel: de auteurs en de uitgever hebben alles in het werk gesteld om ervoor te zorgen dat de selectie en dosering van het geneesmiddel zoals beschreven in deze tekst in overeenstemming zijn met de huidige aanbevelingen en praktijk op het moment van publicatie. Gezien het lopende onderzoek, de wijzigingen in de overheidsvoorschriften en de constante stroom van informatie met betrekking tot medicamenteuze therapie en medicijnreacties, wordt de lezer echter verzocht de bijsluiter voor elk geneesmiddel te controleren op eventuele veranderingen in indicaties en dosering en op toegevoegde waarschuwingen en voorzorgsmaatregelen. Dit is vooral belangrijk wanneer het aanbevolen middel een nieuw en/of zelden gebruikt geneesmiddel is.Disclaimer: De verklaringen, meningen en gegevens in deze publicatie zijn uitsluitend die van de individuele auteurs en bijdragers en niet van de uitgevers en de uitgever(s). Het verschijnen van advertenties of/en productreferenties in de publicatie is geen garantie, goedkeuring of goedkeuring van de geadverteerde producten of diensten of van hun effectiviteit, kwaliteit of veiligheid. De uitgever en de redacteur(s) wijzen de verantwoordelijkheid af voor eventuele schade aan personen of goederen als gevolg van ideeën, methoden, instructies of producten waarnaar in de inhoud of advertenties wordt verwezen.