Nyreregenerering Med Stamceller: En Oversikt

Abstrakt

Bakgrunn: Nyreregenerering får for tiden betydelig oppmerksomhet i stedet for nyredialyse som den ultimate terapeutiske strategien for nyresvikt. På grunn av anatomiske komplikasjoner antas nyrene imidlertid å være det vanskeligste organet å regenerere. Et slikt komplisert organ er nesten umulig å forestille seg å være fullstendig ombygd de novo fra stamceller. Likevel forsøker flere forskningsgrupper denne store utfordringen. Sammendrag: det er 4 store strategier for de novo nyreregenerering fra stamceller. Disse strategiene inkluderer bruk av: (i) et decellularisert kadaverisk stillas, (ii) blastocystdekomplementering, (iii) en nefrogen nisje for å dyrke en xeno-embyro, og (iv) selvmonteringspotensial. Alle disse strategiene kan være anvendelige i klinisk setting, men en betydelig forberedelsesperiode synes å være nødvendig. Nøkkelbudskap: Selv om mange utestående problemer forblir for nyreregenerering, inkludert etiske problemer og dannelse av kimære strukturer, gir forsøk håp for dialysepasienter og nyreregenerering forventes å bli en realitet i fremtiden.

© 2014 S. Karger AG, Basel

Innledning

nyren beholder potensialet til å regenerere hvis skaden ikke er for alvorlig og nyrestrukturen forblir intakt. Men i tilfeller av irreversibel skade på nyrene, som kan oppstå ved langvarig dialyse, er egenskapen til selvfornyelse helt tapt. Derfor vil enhver anvendelse av regenerativ medisin hos dialysepasienter kreve de novo utvikling av en hel funksjonell nyre.

i form av en funksjonell hel nyre, Chan et al. rapportert det første forsøket på å utvikle en hel funksjonell nyreenhet ved å danne en transplanterbar pronephros fra animal caps I Xenopus. Transplantasjon av denne pronephros-lignende enheten korrigerte i det minste ødemet i bilateralt nephrectomized tadpoles, og de overlevde i opptil 1 måned. Så vidt vi vet, er denne studien den eneste der en transplanterbar funksjonell hel nyreenhet er utviklet de novo. Imidlertid var pronephros-strukturen dannet i denne studien for primitiv for enhver klinisk anvendelse hos mennesker. Siden da har mange forsøk blitt gjort over hele verden for å regenerere hele nyrer de novo (gjelder i pattedyr) fra stamceller.

Hele Nyre Rekonstruksjon Ved Hjelp Av En Decellularized Cadaveric Stillas

det har blitt rapportert at decellularized cadaveric stillas kan gi en nisje for stamceller å skille seg inn i hele organer. Denne strategien ble brukt Av Ott et al. for å kunne utvikle et funksjonelt kunstig rottehjerte. Et helhjertet stillas med en intakt tredimensjonal (3D) geometri og vaskulatur ble opprettet via koronar perfusjon med vaskemidler i det kadaveriske hjertet, etterfulgt av repopulasjon med neonatale hjerteceller eller rotteaortiske endotelceller . De injiserte neonatale hjerteceller dannet et kontraktilt myokardium som utførte slagfunksjonen. Denne strategien har også vært ansatt for å utvikle transplanterbare lever og lunger ved hjelp av henholdsvis modne hepatocytt-og alveolære epitelceller . Flere forsøk ble gjort for å bruke denne teknikken for nyreregenerering. Disse forsøkene viste at infused pluripotente stamceller var lokalisert til vaskulaturen og glomeruli, med etterfølgende migrasjon i tubuli, men det var vanskelig å skaffe nyrefunksjon . Men nylig den samme gruppen, som med hell brukte metoden beskrevet ovenfor for å generere hjerte og lunger, rapporterte vellykket hel nyreregenerering, som kan produsere urin etter transplantasjon . Spesielt brukte de godt differensierte humane navlestrengendotelceller i stedet for pluripotente stamceller, og bruk av bare et stillas selektivt ga dem en nisje for differensiert avledning av nyre-og vaskulære boligceller i riktig område. Selv om det ikke er klart hvordan de infuserte cellene skiller seg og orkestrer inn i nefroner med vaskulatur for å produsere urin, kan denne teknikken være en løsning for mangel på donororganer.

Blastocystkomplementasjon

Injeksjon av normale embryonale stamceller i blastocystene til rekombinasjonsaktiverende gen 2-mangelfulle mus, som ikke har modne b-eller T-lymfocytter, genererer SOMATISKE kimærer med es-celleavledede modne b-og T-celler . Dette blastocystkomplementasjonssystemet ble nylig brukt til rekonstruksjon av hele orgelet. Kobayashi et al. nylig rapportert vellykket regenerering av en rotte bukspyttkjertel i musen via en interspesifikk blastocyst injeksjon av induserte pluripotente stamceller(iPS). De injiserte rotte iPS-celler I Pdx-1-/- (pancreatogenesis-deaktivert) mus blastocysts og fant at den nyfødte kimærer av rotte og mus behandlet en nesten helt iPS – avledet bukspyttkjertel. Denne suksessen viser at når en tom utviklingsnisje for et organ er gitt, kan iPS-celleavledede cellulære avkom okkupere den nisje og kompensere utviklingsmessig for det manglende innholdet i nisje. Dette danner et komplisert organ som består nesten utelukkende av celler avledet fra donor – ips-celler, selv om blastocytkomplementeringen involverer forskjellige arter. At forskningsgruppen nylig genererte En Pdx-1-/- gris og lyktes i å generere en større bukspyttkjertel ved hjelp av denne teknikken . Disse vellykkede funnene tyder på at menneskelige organer teoretisk kunne genereres de novo.

denne teknikken ble nylig brukt på hele nyrekonstruksjon . Etter injeksjon av mus ips-celler i blastocystene Til sall1-null-mus, som mangler begge nyrer, besto det meste av metanephroi av ips-celleavledede differensierte celler. Imidlertid kunne de ikke få spedbarnet i husdyr etter denne manipulasjonen av en ukjent grunn, noe som tyder på at det er et annet problem å løse i dette systemet for nyreregenerering. Disse funnene tyder imidlertid sterkt på at blastocystkomplementering er en mest lovende strategi for regenerering av nyrene. Disse systemene er ikke tilgjengelige for klinisk bruk på dette tidspunktet fordi det ikke er mulig å generere vaskulære og nervesystemer. I tillegg forblir viktige etiske problemer med manipulering av blastocyster med iPS-celler uløste . Likevel fremhever denne suksessen begrunnelsen at eventuell klinisk anvendelse av nyreregenerering må avhenge av utviklingsprogrammering.

Bruk Av En Nefrogen Nisje For Å Dyrke Xeno-Embryoer (Organogen Nisjemetode)

Regenerering av en hel funksjonell nyre ved hjelp av et utviklende heterozoisk embryo som en ‘organfabrikk’ har blitt forsøkt. Dette er basert på begrepet ‘låne’ utviklingsprogrammet til et voksende xeno-embryo ved å bruke stamceller på nisje av organogenese. Under utviklingen av metanephros dannes det metanephriske mesenkymet fra den kaudale delen av den nefrogenale ledningen og utskiller glialcellelinjeavledet nevrotrofisk faktor (GDNF). Denne prosessen induserer den nærliggende wolffian-kanalen for å produsere en ureterisk knopp. Forskere mikroinjiserte GDNF-uttrykker humane mesenkymale stamceller (hMSCs) inn i stedet for spirende etter denne prosessen . Mottakerembryoen ble dyrket i et helt embryokultursystem, og de dannede metanephros ble utviklet i orgelkultur. Viral-fri manipulasjon kan også utføres ved hjelp av en termoreversibel GDNF-polymer . Som et resultat ble donor hMSCs integrert i de rudimentære metanephros og morfologisk differensiert til tubulære epitelceller, interstitiale celler og glomerulære epitelceller . Forskere transplanterte deretter de utviklede metanephrosene i omentumet for å tillate vaskulær integrasjon fra mottakeren for å danne en funksjonell nephron. Som et resultat ble en hMSC-avledet ‘neokidney’ generert, som inneholdt en human nephron og vaskulaturen fra verten . I tillegg produserte neokidney urin som viste høyere konsentrasjoner av urea nitrogen og kreatinin enn mottakerens sera. Dette funnet antydet at neokidney som utviklet seg i omentumet, var i stand til å produsere urin ved å filtrere mottakerens blod . Videre utskilles den hMSC-avledede neokidney humant erytropoietin, og produksjonen ble stimulert ved induksjon av anemi hos vertsdyret . Dette funnet indikerte at dette systemet opprettholder den normale fysiologiske reguleringen av erytropoietinnivåer. Det nåværende systemet kan imidlertid ikke rekonstruere derivater av ureterisk knopp. Derfor, for å avgjøre om MSCs kan skille seg inn i ureteric bud progenitor ved hjelp av kyllingembryoer, ble hMSCs som uttrykker Pax2 injisert i kylling ureteric bud progenitor regionen . Som et resultat migrerte de caudalt med den forlengende wolffian duct og ble integrert i wolffian duct epithelia og deretter uttrykt LIM1. Dette funnet viste at de kan skille seg inn i wolffian kanalceller under påvirkning av lokale xeno-signaler . Disse resultatene tyder på at en hel nyre kan gjenoppbygges ved å transplantere hMSCs på et passende tidspunkt og sted for å regenerere derivater av metanephric mesenchyme og ureteric knopp.

basert på våre vellykkede funn, undersøker vi for tiden muligheten for å eksperimentere på et større dyr (dvs. grisen) fordi svinenyren har nesten samme volum som den menneskelige nyre. Den endelige størrelsen på de utviklede metanephros ser ut til å være trykt i de tidlige utviklingsstadiene i vertsembryoen. Denne muligheten støttes av funnet at metanephroi av større dyr transplantert inn i omenta av mindre verter utvikle seg til organer med et større volum (diameter og vekt) sammenlignet med en normal vert nyre . Forhåpentligvis vil dette systemet lette utviklingen av større organer som er mer egnet for bruk hos mennesker(fig. 1).

Selvmonteringspotensial For Stamceller

noen forskere har antydet at pluripotente stamceller har potensial til å skille seg inn i modne celler og selvmonteres i vev eller organer, og de har utført undersøkelser ved hjelp av pluripotente stamceller for å generere modne celler in vitro. Den autonome dannelsen AV 3d-vev som ligner adenohypofysen, den optiske hetten og tarmvevstrukturer ved bruk AV ET 3d ES-cellekultursystem fra ES-celler har blitt demonstrert. Denne tilnærmingen kan vesentlig redusere kompleksiteten av organogenese for terapeutisk regenerering. FOR å regenerere nyreceller ved hjelp av en slik tilnærming, MÅ ES-eller IPS-celler differensieres til første mellomliggende mesoderm og deretter nyreforfedre, etterfulgt av flere typer nyreceller. Med hensyn til nyreregenerering, Osafune et al. viste at en enkelt multipotent stamcelle fra en embryonal musnyre, som sterkt uttrykker Sall1, kunne skille seg inn i flere typer nyreceller, inkludert glomerulære podocytter og renal tubulær epitel, og til slutt rekonstruere EN 3d nyrestruktur. En annen nylig studie rapporterte enkeltcellesuspensjoner fra embryonal nyrereaggregering for å danne organotypiske nyrestrukturer . Under utviklingen er nyren avledet fra mellomliggende mesoderm, et av de tidlige kimlagene. Mellomliggende mesodermceller skiller seg deretter til nyreforfedre, etterfulgt av flere typer nyreceller. DERFOR, hvis ES-eller IPS-celler kan differensiere først til mellomliggende mesoderm og deretter til nyreforfedre, er det mulig at alle typer nyreceller kan genereres ved hjelp av pluripotente stamceller. Osafune et al. har etablert metoder for å differensiere humane iPSCs i mellomliggende mesodermceller ved hjelp av en kombinasjonsbehandling av vekstfaktorer . Disse cellene uttrykker mellomliggende mesodermmarkørgener og kan modnes i flere celletyper, inkludert de som finnes i mellomliggende mesoderm-derivatorganer som nyre, gonader og binyrebark. Disse undersøkelsene tyder på at hvis disse mellomliggende mesodermcellene kan differensiere seg til renale stamceller, kan EN 3d nyrestruktur konstrueres fra pluripotente stamceller. Midlene for vellykket regenerering av et funksjonelt vaskulært system mellom den regenererte nyren og mottakeren forblir ukjente. I tillegg er in vivo-funksjonen til en regenerert nyre uklar. Imidlertid kan ytterligere fremskritt i utviklingsbiologi løse disse problemene og tillate in vitro hel nyre regenerering.

Konklusjon

denne artikkelen oppsummerer de siste undersøkelsene om bruk av stamceller for å regenerere en funksjonell hel nyre de novo. Til tross for mange biologiske og tekniske fremskritt innen nyreregenerering, er rekonstruksjon av en fullt funksjonell nyre fortsatt utilgjengelig, og mange problemer er fortsatt uløste. Bruk av heterologt vev, som xeno-metanephroi og xeno-blastocysts, reiser etiske problemer, mens metoder for pålitelig differensiering Av ESCs / iPSCs til nyrer in vitro ikke er fullstendig fastslått. Metoder for å sikre funksjonen av regenerert nyrevev for å produsere urin og erytropoietin må fortsatt utvikles. Imidlertid vil fortsatt innsats i stamcelle-og utviklingsbiologi forhåpentligvis løse disse problemene, noe som fører til utvikling av nye behandlingsstrategier for å rekonstruere en hel nyre med tilstrekkelig nyrefunksjon. Vi tror at en slik innsats vil komme til å bli oppfylt, og det vil være mulig å regenerere en funksjonell nyre i fremtiden.

Forfatter Kontakter

Artikkel – / Publikasjonsdetaljer

Copyright / Drug Dosering / Ansvarsfraskrivelse

Copyright: alle rettigheter reservert. Ingen deler av denne publikasjonen kan oversettes til andre språk, reproduseres eller benyttes i noen form eller på noen måte, elektronisk eller mekanisk, inkludert fotokopiering, opptak, mikrokopiering eller ved informasjonslagrings-og gjenfinningssystem, uten skriftlig tillatelse fra utgiveren.
Dosering av Legemidler: forfatterne og utgiveren har gjort sitt ytterste for å sikre at valg og dosering av legemidler som er angitt i denne teksten, er i samsvar med gjeldende anbefalinger og praksis ved publiseringstidspunktet. Men i lys av pågående forskning, endringer i offentlige forskrifter og den konstante strømmen av informasjon knyttet til medisinering og narkotikareaksjoner, blir leseren oppfordret til å sjekke pakningsvedlegget for hvert legemiddel for eventuelle endringer i indikasjoner og dosering og for ekstra advarsler og forholdsregler. Dette er spesielt viktig når det anbefalte stoffet er et nytt og / eller sjeldent ansatt stoff.
Ansvarsfraskrivelse: uttalelsene, meningene og dataene i denne publikasjonen er utelukkende de av de enkelte forfattere og bidragsytere og ikke av utgivere og redaktører. Utseendet på annonser eller / og produktreferanser i publikasjonen er ikke en garanti, godkjenning eller godkjenning av produktene eller tjenestene som annonseres eller deres effektivitet, kvalitet eller sikkerhet. Utgiveren og redaktøren(e) fraskriver seg ansvar for eventuelle skader på personer eller eiendom som følge av ideer, metoder, instruksjoner eller produkter som er nevnt i innholdet eller annonsene.