regenerarea rinichilor cu celule Stem: o prezentare generală

rezumat

context: regenerarea rinichilor câștigă în prezent o atenție considerabilă în locul dializei renale ca strategie terapeutică finală pentru insuficiența renală. Cu toate acestea, din cauza complicațiilor anatomice, se crede că rinichiul este cel mai greu organ de regenerat. Un astfel de organ complicat este practic imposibil de imaginat fiind complet reconstruit de novo din celule stem. Cu toate acestea, mai multe grupuri de cercetare încearcă această mare provocare. Rezumat: există 4 strategii majore pentru regenerarea rinichilor de novo din celulele stem. Aceste strategii includ utilizarea: (i) o schelă cadaverică decelularizată, (ii) decomplementarea blastocistului, (iii) o nișă nefrogenă pentru creșterea unui xeno-embyro și (iv) potențial de auto-asamblare. Toate aceste strategii pot fi aplicabile în cadrul clinic, dar pare să fie necesară o perioadă substanțială de pregătire. Mesaje Cheie: Deși rămân multe probleme restante pentru regenerarea rinichilor, inclusiv probleme etice și formarea structurilor himerice, studiile oferă speranță pacienților dializați, iar regenerarea rinichilor este de așteptat să fie o realitate în viitor.

2014 S. Karger AG, Basel

Introducere

rinichiul își păstrează potențialul de regenerare dacă deteriorarea nu este prea severă și structura renală rămâne intactă. Cu toate acestea, în cazurile de afectare ireversibilă a rinichiului, așa cum se poate întâmpla cu dializa pe termen lung, proprietatea de auto-reînnoire este total pierdută. Prin urmare, orice aplicare a medicamentelor regenerative la pacienții dializați va necesita dezvoltarea de novo a unui întreg rinichi funcțional.

în termeni de rinichi întreg funcțional, Chan și colab. a raportat prima încercare de a dezvolta o întreagă unitate renală funcțională prin formarea unui pronephros transplantabil din capace de animale în Xenopus. Transplantul acestei unități de tip pronephros a corectat cel puțin parțial edemul în mormoloci nefrectomizați bilateral și au supraviețuit până la 1 lună. Din câte știm, acest studiu este singurul în care a fost dezvoltată o unitate funcțională transplantabilă de rinichi de novo. Cu toate acestea, structura pronephros formată în acest studiu a fost prea primitivă pentru orice aplicație clinică la om. De atunci, s-au făcut multe încercări la nivel mondial de regenerare a rinichilor întregi de novo (aplicabil la mamifere) din celulele stem.

reconstrucția întregului rinichi folosind o schelă cadaverică Decelularizată

s-a raportat că schelele cadaverice decelularizate pot oferi o nișă pentru ca celulele stem să se diferențieze în organe întregi. Această strategie a fost utilizată de Ott și colab. pentru a dezvolta cu succes o inimă artificială funcțională de șobolan. O schelă întreagă cu o geometrie tridimensională (3D) intactă și vasculatură a fost creată prin perfuzie coronariană cu detergenți în inima cadaverică, urmată de repopulare cu celule cardiace neonatale sau celule endoteliale aortice de șobolan . Celulele cardiace neonatale injectate au format un miocard contractil, care a efectuat funcția de accident vascular cerebral. Această strategie a fost, de asemenea, utilizată pentru a dezvolta ficat și plămâni transplantabili folosind hepatocite mature și, respectiv, celule epiteliale alveolare . Au fost făcute mai multe încercări de a utiliza această tehnică pentru regenerarea rinichilor. Aceste încercări au arătat că celulele stem pluripotente infuzate au fost localizate în vasculatură și glomeruli, cu migrarea ulterioară în tubuli, dar a fost dificil să se obțină funcția renală . Cu toate acestea, recent același grup, care a folosit cu succes metoda descrisă mai sus pentru a genera inima și plămânii, a raportat o regenerare reușită a rinichilor întregi, care poate produce urină după transplant . În special, au folosit celule endoteliale ale venei ombilicale umane bine diferențiate în loc de celule stem pluripotente, iar utilizarea doar a unei schele le-a oferit selectiv o nișă pentru devierea diferențiată a celulelor rezidențiale renale și vasculare din zona dreaptă. Deși nu este clar modul în care celulele infuzate se diferențiază și se orchestrează în nefroni cu vasculatură pentru a produce urină, această tehnică ar putea fi o soluție pentru lipsa de organe donatoare.

completarea blastocistului

injectarea celulelor stem embrionare normale în blastocisturile șoarecilor cu deficit de genă 2 care activează recombinarea, care nu au limfocite B sau T mature, generează himere somatice cu celule B și T mature derivate din celulele ES . Acest sistem de completare a blastocistului a fost recent aplicat reconstrucției întregului organ. Kobayashi și colab. recent a fost raportată regenerarea cu succes a unui pancreas de șobolan la șoarece printr-o injecție interspecifică de blastocist a celulelor stem pluripotente induse (iPS). Au injectat celule IPS de șobolan în Pdx-1-/- (pancreatogeneza-dezactivată) blastociste de șoarece și a constatat că himerele nou-născute ale șobolanului și șoarecelui au procesat un pancreas derivat aproape în întregime de iPS. Acest succes dovedește că atunci când este furnizată o nișă de dezvoltare goală pentru un organ, descendenții celulari derivați din celule iPS pot ocupa acea nișă și pot compensa în mod developmental conținutul lipsă al nișei. Aceasta formează un organ complicat compus aproape în întregime din celule derivate din celule iPS donatoare, chiar dacă completarea blastocitelor implică specii diferite. Acest grup de cercetare a generat recent un Pdx-1-/- porc și a reușit să genereze un pancreas mai mare folosind această tehnică . Aceste descoperiri de succes sugerează că organele la scară umană ar putea fi generate teoretic de novo.

această tehnică a fost aplicată recent reconstrucției renale întregi . După injectarea celulelor iPS de șoarece în blastocisturile șoarecilor Sall1-nul, cărora le lipsesc ambii rinichi, majoritatea metanefroi au constat din celule diferențiate derivate din celule iPS. Cu toate acestea , nu au putut obține copilul la animale după această manipulare dintr-un motiv necunoscut, sugerând că există o altă problemă de rezolvat în acest sistem pentru regenerarea rinichilor. Cu toate acestea, aceste constatări sugerează cu tărie că completarea blastocistului este o strategie cea mai promițătoare pentru regenerarea rinichiului. Aceste sisteme nu sunt disponibile pentru utilizare clinică în acest moment, deoarece nu este posibil să se genereze sisteme vasculare și nervoase. În plus, problemele etice importante cu manipularea blastocistelor cu celule iPS rămân nerezolvate . Cu toate acestea, acest succes evidențiază rațiunea că eventuala aplicare clinică a regenerării rinichilor trebuie să depindă de programarea dezvoltării.

s-a încercat utilizarea unei nișe nefrogene pentru creșterea Xeno-embrionilor (metoda nișei organogene)

regenerarea unui rinichi funcțional întreg folosind un embrion heterozoic în curs de dezvoltare ca ‘fabrică de organe’. Aceasta se bazează pe conceptul de împrumutare a programului de dezvoltare a unui xeno-embrion în creștere prin aplicarea celulelor stem la nișa organogenezei. În timpul dezvoltării metanefrosului, mezenchimul metanefric se formează inițial din porțiunea caudală a cordonului nefrogen și secretă factorul neurotrofic derivat din linia celulară glială (GDNF). Acest proces induce conducta wolffiană din apropiere să producă un mugur ureteric. Cercetătorii au microinjectat celulele stem mezenchimale umane (hmsc) care exprimă GDNF în locul înmuguririi în urma acestui proces . Embrionul destinatar a fost cultivat într-un întreg sistem de cultură a embrionilor, iar metanefrosul format a fost dezvoltat în cultura organelor. Manipularea fără Viral poate fi efectuată și folosind un polimer GDNF termoreversibil . Ca rezultat, hmsc-urile donatoare au fost integrate în metanefrosul rudimentar și diferențiate morfologic la celulele epiteliale tubulare, celulele interstițiale și celulele epiteliale glomerulare . Cercetătorii au transplantat apoi metanefrosul dezvoltat în omentum pentru a permite integrarea vasculară de la destinatar pentru a forma un nefron funcțional. Ca rezultat, a fost generat un neokidney derivat din hMSC, care conținea un nefron uman și vasculatura de la gazdă . În plus, neokidney a produs urină care a prezentat concentrații mai mari de azot de uree și creatinină decât serurile primitorului. Această constatare a sugerat că neokidiniul care s-a dezvoltat în omentum a fost capabil să producă urină prin filtrarea sângelui destinatarului . În plus, eritropoietina umană secretată de neokidney derivată din hMSC și producția sa a fost stimulată prin inducerea anemiei la animalul gazdă . Această constatare a indicat faptul că acest sistem păstrează reglarea fiziologică normală a nivelurilor de eritropoietină. Cu toate acestea, sistemul actual nu poate reconstrui derivații mugurei ureterice. Prin urmare, pentru a determina dacă MSC-urile se pot diferenția în progenitorul ureteric al mugurilor folosind embrioni de pui, hmsc-urile care exprimă Pax2 au fost injectate în regiunea progenitoare a mugurilor ureterici de pui . Drept urmare, au migrat caudal cu conducta wolffiană elongantă și au fost integrați în epiteliul canalului wolffian și apoi au exprimat LIM1. Această constatare a arătat că se pot diferenția în celulele canalului wolffian sub influența xeno-semnalelor locale . Aceste rezultate sugerează că un rinichi întreg poate fi reconstruit prin transplantarea hmsc-urilor la un moment și o locație adecvate pentru a regenera derivații mezenchimului metanefric și Mugur ureteric.

pe baza rezultatelor noastre de succes, investigăm în prezent posibilitatea experimentării pe un animal mai mare (adică porcul), deoarece rinichiul porcin are aproape același volum ca rinichiul uman. Dimensiunea finală a metanefrosului dezvoltat pare să fie imprimată în primele etape de dezvoltare în embrionul gazdă. Această posibilitate este susținută de constatarea că metanefroi-ul animalelor mai mari transplantate în omenta gazdelor mai mici se dezvoltă în organe cu un volum mai mare (diametru și greutate) comparativ cu cel al unui rinichi gazdă normal . Sperăm că acest sistem va facilita dezvoltarea unor organe mai mari, care sunt mai potrivite pentru utilizare la om (fig. 1).

potențialul de auto-asamblare a celulelor Stem

unii cercetători au sugerat că celulele stem pluripotente au potențialul de a se diferenția în celule mature și de a se auto-asambla în țesuturi sau organe și au efectuat investigații folosind celule stem pluripotente pentru a genera celule mature in vitro. A fost demonstrată formarea autonomă a țesutului 3D similar cu adenohipofiza , capacul optic și structurile țesutului intestinal folosind un sistem de cultură celulară 3D ES din celulele ES. Această abordare ar putea reduce substanțial complexitatea organogenezei pentru regenerarea terapeutică. Pentru a regenera celulele renale Folosind o astfel de abordare, celulele ES sau iPS trebuie diferențiate în primul mezoderm intermediar și apoi progenitori renali, urmate de mai multe tipuri de celule renale. În ceea ce privește regenerarea rinichilor, Osafune și colab. a demonstrat că o singură celulă progenitoare multipotentă dintr-un rinichi embrionar de șoarece, care exprimă foarte mult Sall1, s-ar putea diferenția în mai multe tipuri de celule renale, inclusiv podocite glomerulare și epitelii tubulare renale și, în cele din urmă, să reconstruiască o structură renală 3d. Un alt studiu recent a raportat suspensii cu o singură celulă din reagregarea renală embrionară pentru a forma structuri renale organotipice . În timpul dezvoltării, rinichiul este derivat din mezodermul intermediar, unul dintre straturile germinale timpurii. Celulele mezodermice intermediare se diferențiază apoi în progenitori renali, urmate de mai multe tipuri de celule renale. Prin urmare, dacă celulele ES sau iPS se pot diferenția mai întâi în mezoderm intermediar și apoi în progenitori renali, este posibil ca toate tipurile de celule renale să poată fi generate folosind celule stem pluripotente. Osafune și colab. au stabilit metode de diferențiere a IPSC-urilor umane în celule mezoderm intermediare utilizând un tratament combinat al factorilor de creștere . Aceste celule exprimă gene marker mezoderm intermediar și s-ar putea maturiza în mai multe tipuri de celule, inclusiv cele găsite în organele derivate mezoderm intermediare, cum ar fi rinichii, gonadele și cortexul suprarenal. Aceste investigații sugerează că, dacă aceste celule mezodermice intermediare se pot diferenția în celule progenitoare renale, o structură renală 3D poate fi construită din celule stem pluripotente. Mijloacele pentru regenerarea cu succes a unui sistem vascular funcțional între rinichiul regenerat și destinatar rămân necunoscute. În plus, funcția in vivo a unui rinichi regenerat este neclară. Cu toate acestea, progresele ulterioare în biologia dezvoltării pot rezolva aceste probleme și pot permite in vitro regenerarea întregului rinichi.

concluzie

acest articol rezumă cele mai recente investigații privind utilizarea celulelor stem pentru regenerarea unui rinichi întreg funcțional de novo. În ciuda multor progrese biologice și tehnice în regenerarea rinichilor, reconstrucția unui rinichi complet funcțional rămâne la îndemână și multe probleme sunt încă nerezolvate. Utilizarea țesutului heterolog, cum ar fi xeno-metanefroi și xeno-blastociste, ridică probleme etice, în timp ce metodele de diferențiere fiabilă a CES/IPSC în rinichi in vitro nu au fost complet stabilite. Metodele de asigurare a funcției țesutului renal regenerat pentru a produce urină și eritropoietină trebuie încă dezvoltate. Cu toate acestea, eforturile continue în celulele stem și biologia dezvoltării vor rezolva, sperăm, aceste probleme, ducând la dezvoltarea de noi strategii de tratament pentru a reconstrui un rinichi întreg cu funcție renală adecvată. Credem că astfel de eforturi se vor realiza și va fi posibilă regenerarea unui rinichi funcțional în viitor.

autor contacte

Detalii articol / publicație

drepturi de autor / dozare de droguri / Disclaimer

drepturi de autor: Toate drepturile rezervate. Nicio parte a acestei publicații nu poate fi tradusă în alte limbi, reprodusă sau utilizată sub nicio formă sau prin orice mijloace, electronice sau mecanice, inclusiv fotocopiere, înregistrare, microcopiere sau prin orice sistem de stocare și recuperare a informațiilor, fără permisiunea scrisă a editorului.
dozarea medicamentelor: autorii și editorul au depus toate eforturile pentru a se asigura că selecția și dozajul medicamentelor prezentate în acest text sunt în conformitate cu recomandările și practicile actuale la momentul publicării. Cu toate acestea, având în vedere cercetările în curs, modificările reglementărilor guvernamentale și fluxul constant de informații referitoare la terapia medicamentoasă și reacțiile la medicamente, cititorul este îndemnat să verifice prospectul pentru fiecare medicament pentru orice modificare a indicațiilor și dozei și pentru avertismente și precauții suplimentare. Acest lucru este deosebit de important atunci când agentul recomandat este un medicament nou și/sau rar folosit.
Disclaimer: declarațiile, opiniile și datele conținute în această publicație sunt exclusiv cele ale autorilor și contribuitorilor individuali și nu ale editorilor și editorilor. Apariția reclamelor sau / și a referințelor produselor în publicație nu reprezintă o garanție, aprobare sau aprobare a produselor sau serviciilor promovate sau a eficacității, calității sau siguranței acestora. Editorul și editorul(editorii) își declină responsabilitatea pentru orice vătămare a persoanelor sau a bunurilor care rezultă din orice idei, metode, instrucțiuni sau produse menționate în conținut sau reclame.