Mini-Nieren, gewachsen aus Stammzellen bieten neue Einblicke in die Niere-Krankheit und die möglichen Therapien

Ein internationales team von Forschern, angeführt von der Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) gewachsen „Mini-Nieren“, die im Labor verwendet werden könnten, um besser zu verstehen, wie Erkrankungen der Nieren entwickeln, die in individuellen Patienten.

Die mini-Nieren, bekannt als Nieren-organoids, angebaut wurden außerhalb des Körpers aus Haut, Zellen, die aus einem einzigen Patienten, der polycystic Nieren-Krankheit, eine der häufigsten angeborenen Ursachen der Niereninsuffizienz bei Erwachsenen.

Die Forscher reprogrammierten diese Zellen zu erhalten, Patienten-spezifische pluripotente Stammzellen, die unter den richtigen Bedingungen entwickeln kann, in Nieren-organoids ähnlich wie die menschliche embryonale Nieren in den ersten drei bis sechs Monaten der Entwicklung.

Die Nieren-organoids wurden dann verwendet, um zu validieren, die therapeutischen Effekte von zwei drug-Moleküle mit Potenzial für die Behandlung von genetischen polycystic Nieren-Krankheit, die belegen, dass die Forschung könnte von großer Bedeutung sein bei der Entwicklung personalisierter Therapien für Menschen mit dieser Krankheit.

Bestehende Ansätze zum testen möglicher Behandlungen durch solche „Drogen-screening“ berücksichtigen nicht die Tatsache, dass der genetische Fehler, die dazu führen, Nieren Krankheiten von patient zu patient variieren.

Durch die Generierung von induzierten pluripotenten Stammzellen von einem Erwachsenen Patienten mit einer genetischen Nierenerkrankung, und dann wächst Nieren-organoids von Ihnen, die Forschungs-team hat den Weg geebnet für die Anpassung der Behandlungspläne der einzelnen Patienten, die ausgedehnt werden könnte, zu einer Reihe von Nierenerkrankungen.

Die Forschung, geführt von der NTU Singapur Assistant Professor Xia Yun und Ihr team, die beinhaltet NTU Assistant Professor Foo Jia Nee und Professor Juan Carlos Izpisua Belmonte vom Salk Institute for Biological Studies in San Diego, Kalifornien, veröffentlicht in Cell Stem Cell im Juli 2019.

Assistant Professor Xia von der NTU Lee Kong Chian School of Medicine (LKCMedicine), sagte, „Einen Patienten genetische make-up ist eng verflochten mit, wie Ihre Niere Krankheit entwickeln wird, wie die Art der mutation innerhalb des Krankheit-verursachenden Gens kann von patient zu patient Verschieden.

„Unsere Nieren-organoids, gewachsen aus den Zellen eines Patienten mit vererbten polyzystischen Nierenerkrankung, die uns erlaubt haben, um herauszufinden, welche Medikamente am effektivsten für diesen spezifischen Patienten. Wir glauben, dass dieser Ansatz kann erweitert werden, um die Studie zu vielen anderen Arten von Nierenerkrankungen, wie die diabetische Nephropathie.“

Professor Juan Carlos Izpisua Belmonte, eine weltweit renommierte Stammzell-Wissenschaftler und internationale Kooperationspartner dieser Studie, sagte, „wir sind Zwar noch Recht weit Weg von der Verwendung dieser Nieren-organoids für Ersatz-Therapie, wurde in dieser Studie einen kleinen Schritt näher an das ultimative Ziel.“

Neue Einblicke in menschliche Niere Entwicklung

Die Nieren-organoids entwickelt Asst Prof Xia und Ihr team bieten auch neue Einblicke in das menschliche Niere Entwicklung, die derzeit nicht eingehend untersucht werden, aufgrund von Bedenken im Zusammenhang mit menschlichen Stammzellen-Forschung.

Während die Herkunft von Nieren -, Blutgefäß-Netzwerke ist nicht vollständig bekannt, es wird allgemein angenommen, dass eine Art von Stammzellen, auch bekannt als ‚vascular progenitor‘ beteiligt ist, in Ihrer Bildung durch die Entwicklung in den blutgefäßzellen.

Durch die Untersuchung der genetischen Informationen innerhalb der einzelnen Zellen, die organoide, die NTU-führte das team entdeckte auch eine neue Quelle von Stammzellen, die dazu beitragen, dass diese Blutgefäß-Netzwerke: nephron-Vorläuferzellen. Vor dieser Entdeckung, diese Zellen waren bekannt, nur als Vorläufer von nephrons der Nieren ist die Filterung Einheiten.

NTU LKCMedicine Assistant Professor Foo Jia Nee, sagte, „Wir beobachten sehr robuste und konsistente Entwicklung des Blutgefäß-Netzwerke innerhalb unserer Nieren-organoids, die neue Türen öffnet zu untersuchen, die Entwicklungs Ursprung der renalen Blutgefäße, Netze, die noch nicht vollständig verstanden. Mit dieser neuartigen organoid Plattform, wir unerwartet entdeckt eine neue Quelle der Nieren-Blutgefäße, die möglicherweise zu einem besseren Verständnis von Nieren-Entwicklung.“

Die mini-Nieren kann auch verwendet werden, um besser zu verstehen, die Entwicklung des nephrons in der Niere. Die Anzahl der nephrons, bei der Geburt ist Umgekehrt korreliert mit der Häufigkeit von Bluthochdruck und Nierenversagen im späteren Leben. Geboren mit einem hohen nephron wird die Nummer angezeigt, zu bieten einen gewissen Schutz gegen diese Bedingungen.

Asst Prof Xia sagte, „Ein gründliches Verständnis von humanen embryonalen Nieren-Entwicklung, insbesondere, wie Umweltfaktoren Einfluss auf den Prozess, kann uns helfen zu entwickeln Möglichkeiten zur Förderung einer hohen Geburtenrate nephron Nummer für Föten, wie Sie sich entwickeln während der Schwangerschaft.“

Stammzell-Wissenschaftler Dr. Jonathan Loh Yuin-Han, senior principal investigator am Institut für Molekular-und Zellbiologie an der Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung, die wurde in der Studie nicht beteiligt, sagte: „Die neuen vaskularisierten Nieren-organoids erstellt von Xia Yun und Ihr team stellen eine Transformation Voraus, in das Feld ein. Die organoids model anatomische und funktionelle Merkmale der echten Orgel, so liefern Sie Tiefe Einblicke in die Niere Entwicklungsprozessen. Dies könnte inspirieren zukünftigen arbeiten auf individuelle biotechnologisch hergestellten mini-Organe für die Anwendung in der personalisierten Medizin und der Behandlung von komplexen Krankheiten.“

Verständnis, das Innenleben eines Kranken Nieren

Zur Untersuchung der Auswirkungen der genetischen polycystic Nieren-Krankheit, Asst Prof Xia und Ihr team nahm regelmäßig Adulte Zellen aus einem Erwachsenen Patienten mit der Krankheit und genetisch umprogrammiert Sie in Stammzellen.

Die Herstellung dieser sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen ist notwendig, da der Erwachsene menschliche Körper nicht über Niere Stammzellen. Zwei wichtige Chemikalien werden dann Hinzugefügt haben, richten Sie diese induzierten pluripotenten Stammzellen wachsen in Nieren-organoids.

Vier bis fünf Wochen später, diese organoids entwickelt, mit Flüssigkeit gefüllte Zysten, die charakteristisch für die Krankheit. Dies signalisiert, dass Sie bereit waren, um verwendet werden, um zu testen, die Wirksamkeit von potenziellen Wirkstoffkandidaten für die Medikamentenentwicklung.