Мини-почки, известные как почечные органоиды, были выращены вне организма из клеток кожи, полученных от одного пациента с поликистозом почек, одной из наиболее распространенных наследственных причин почечной недостаточности у взрослых.
Исследователи перепрограммировали эти клетки, чтобы получить индивидуальные для пациента плюрипотентные стволовые клетки, которые в определенных условиях могут развиваться в органоиды почек, аналогичные почкам плода человека, в течение первых трех-шести месяцев развития.
Затем органоиды почек были использованы для подтверждения терапевтических эффектов двух молекул лекарств, потенциально пригодных для лечения генетической поликистозной болезни почек, демонстрируя, что исследование может иметь большое значение для разработки персонализированных методов лечения людей с этим заболеванием.
Существующие подходы к тестированию потенциальных методов лечения с помощью такого «скрининга лекарств» не учитывают тот факт, что генетические ошибки, вызывающие заболевания почек, варьируются от пациента к пациенту.
Создав индуцированные плюрипотентные стволовые клетки у взрослого пациента с генетическим заболеванием почек, а затем вырастив из них органоиды почек, исследовательская группа проложила путь к разработке планов лечения, специфичных для каждого пациента, которые можно было бы распространить на ряд заболеваний почек.
Исследование, проведенное доцентом NTU Singapore Ся Юнь и ее командой, в которую входят доцент NTU Фу Цзя Ни и профессор Хуан Карлос Изписуа Бельмонте из Института биологических исследований Солка в Сан-Диего, Калифорния, было опубликовано в Cell Stem Cell in Июль 2019.
Доцент Ся из Медицинской школы NTU Lee Kong Chian (LKCMedicine) сказал: «Генетический состав пациента тесно связан с тем, как будет развиваться его заболевание почек, поскольку тип мутации в гене, вызывающем заболевание, может отличаться от пациента к пациенту. пациент.
«Наши органоиды почек, выращенные из клеток пациента с наследственной поликистозной болезнью почек, позволили нам выяснить, какие препараты будут наиболее эффективными для этого конкретного пациента. Мы считаем, что этот подход может быть расширен для изучения многих других типов заболеваний почек, таких как диабетическая нефропатия."
Профессор Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, международный участник этого исследования, сказал: «Хотя мы все еще довольно далеки от использования этих органоидов почек для заместительной терапии, это исследование сделало небольшой шаг ближе к этой конечной цели."
Новые взгляды на развитие почек человека
Органоиды почек, разработанные ассистентом профессором Ся и ее командой, могут также предложить новое понимание развития почек человека, которое в настоящее время не может быть изучено подробно из-за опасений, связанных с исследованиями стволовых клеток человека.
Хотя происхождение сетей кровеносных сосудов почек до конца не изучено, широко распространено мнение, что в их формировании участвует тип стволовых клеток, известный как «сосудистые предшественники», превращаясь в клетки кровеносных сосудов.
Изучая генетическую информацию в отдельных клетках органоида, команда под руководством NTU также обнаружила новый источник стволовых клеток, которые способствуют созданию этих сетей кровеносных сосудов: клетки-предшественники нефронов. До этого открытия эти клетки были известны только как предшественники нефронов, фильтрующих единиц почек.
Доцент кафедры медицины NTU LKC Фу Цзя Ни сказал: «Мы наблюдали очень устойчивое и последовательное развитие сетей кровеносных сосудов в органоидах почек, что открывает новые возможности для исследования происхождения сетей кровеносных сосудов почек, которые до сих пор полностью не изучены. Используя эту новую органоидную платформу, мы неожиданно обнаружили новый источник почечных кровеносных сосудов, который может улучшить наше понимание развития почек."
Мини-почки также можно использовать для лучшего понимания развития нефронов в почках. Количество нефронов при рождении обратно коррелирует с частотой возникновения гипертонии и почечной недостаточности в более позднем возрасте.
Рождение с высоким числом нефронов, по-видимому, обеспечивает некоторую степень защиты от этих состояний.
По словам профессора Ся, «глубокое понимание развития эмбриональных почек человека, особенно того, как факторы окружающей среды влияют на этот процесс, может помочь нам разработать способы обеспечения высокого числа нефронов при рождении у плодов по мере их развития во время беременности."
Исследователь стволовых клеток доктор Джонатан Ло Юин-Хан, старший научный сотрудник Института молекулярной и клеточной биологии Агентства по науке, технологиям и исследованиям, который не участвовал в исследовании, сказал: «Новые васкуляризированные органоиды почек, созданные Ся Юн и ее команда представляют собой революционный прорыв в этой области. Органоиды моделируют анатомические и функциональные признаки реального органа, поэтому они обеспечивают глубокое понимание процессов развития почек.
Это может вдохновить на будущие работы над индивидуализированными биоинженерными мини-органами для применения в персонализированной медицине и лечении сложных заболеваний."
Понимание внутренней работы больной почки
Чтобы изучить последствия генетического поликистоза почек, профессор Ся и ее команда сначала взяли обычные взрослые клетки у взрослого пациента с этим заболеванием и генетически перепрограммировали их в стволовые клетки.
Создание этих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток необходимо, потому что в организме взрослого человека нет стволовых клеток почек.
Затем добавляются два важных химических вещества, чтобы эти индуцированные плюрипотентные стволовые клетки превращались в органоиды почек.
Через четыре-пять недель у этих органоидов образовались кисты, заполненные жидкостью, которые характерны для этого заболевания. Это сигнализировало о том, что они готовы к использованию для проверки эффективности потенциальных лекарств-кандидатов для разработки лекарств.
Тот же подход можно использовать для получения органоидов почек из стволовых клеток, полученных от здоровых людей.
Когда эти органоиды почек были имплантированы мышам, сеть кровеносных сосудов этих мини-почек успешно соединилась с системой кровообращения мышей-хозяев и разработала более зрелую архитектуру, способную к предварительной фильтрации и реабсорбции.