Immudellar tal-Mard B'Organoids tal-Kliewi

Astratt:Mard tal-kliewiħafna drabi ma jkollhomx l-aħjar trattamenti, li jikkawżaw miljuni ta’ mwiet kull sena. Għalhekk, jiżviluppaw sistemi mudell xierqa għall-istudjumard tal-kliewi tal-bniedemhija ta’ importanza kbira. Uħud mill-mudelli tal-kliewi umani l-aktar promettenti huma organoids jew kollettivi ta 'tessuti li jixbħu organi żgħar, derivati ​​minn ċelloli staminali pluripotenti indotti mill-bniedem (hiPSCs). Madankollu, huma aktar simili għall-ewwel trimestrukliewi tal-fetuminn kilwa adulta. Għalhekk, huma meħtieġa strateġiji ġodda biex javvanzaw il-maturità tagħhom. Għandhom potenzjal kbir għall-immudellar tal-mard u eventwalment terapija awżiljarja jekk jistgħu jilħqu l-maturità ta 'ankliewi adulti. F'din ir-reviżjoni, se niddiskutu l-istat attwali tal-organoids tal-kliewi f'termini tax-xebh tagħhom mal-kliewi tal-bniedem u l-użu bħala sistema ta 'mudellar tal-mard s'issa. Imbagħad ser niddiskutu mogħdijiet potenzjali biex tavvanza l-maturità tal-kliewiorganoids biex jaqblu ma' kilwa adulta għal immudellar aktar preċiż tal-mard tal-bniedem.

Kliem ewlieni: organoids;kliewi; żvilupp; metanephros; ureteriku; tubuli; ċippa; nefroloġija; mudellar tal-mard

IKKLIKKJA HAWN BIEX JIKSBU CISTANCHE GĦAL TRATTAMENTI CKD

1. Introduzzjoni

Sa ftit ilu, il-mard tal-bniedem ġie mmudellat fiż-żewġ modi li ġejjin: b'annimali jew b'kultura ta 'ċelluli bidimensjonali. Mudelli ta 'annimali jippermettu l-istudju tal-mogħdijiet tal-mard u l-iżvilupp tad-droga f'organiżmi sħaħ, iżda ma jagħtux kont għall-għamla ġenetika u anatomika tal-bniedem. Min-naħa l-oħra, il-kultura taċ-ċelluli tal-bniedem tippermetti lix-xjenzati jistudjaw mekkaniżmi ta 'mard speċifiċi għall-bniedem u jevalwaw it-trattamenti sa fond molekulari kbir u preċiż. Madankollu, il-kultura taċ-ċelluli ma tirrikapitolax l-istruttura u l-fiżjoloġija tridimensjonali kumplessi ta 'organu.

L-organoids tal-bniedem huma verżjonijiet simplifikati ta 'organi umani, b'mikroanatomija tridimensjonali realistiċi u funzjonijiet fil-livell ta' l-organi (eż., produzzjoni tad-dmugħ f'organoids tal-lakte u tkabbir tax-xagħar f'organoids tal-ġilda) [1,2]. Permezz ta 'proċessi ta' awto-organizzazzjoni, huma derivati ​​in vitro minn ċelloli tat-tessuti jew ċelloli staminali pluripotenti. Iċ-ċelloli staminali pluripotenti indotti (iPSCs), ivvintati fl-2008 minn Takahashi u Yamanaka, huma l-aktar ċelloli popolari għall-formazzjoni ta’ organoid [3]. Dan huwa dovut għal diversi vantaġġi konvinċenti li joffru l-iPSCs. L-ewwelnett, jipprovdu sors ċellulari rinnovabbli illimitat u jistgħu jiddifferenzjaw f'diversi tipi ta 'ċelluli. Aktar importanti minn hekk, huma jirrappreżentaw il-kompożizzjoni ġenetika sottostanti tal-pazjenti. Għalhekk, iPSCs umani derivati ​​mill-pazjent (hiPSCs) jistgħu jintużaw biex jistudjaw il-mard permezz ta 'organoids fil-livell individwali, li jippermettu avvanzi fil-mediċina personalizzata. Sal-lum, mudelli organoid ta 'diversi organi umani, bħall-qalb u l-moħħ, intużaw biex jistudjaw il-mard. Għal din ir-reviżjoni, aħna se niffukaw fuq organoids tal-kliewi u niddiskutu kif jistgħu jintużaw biex jimmudellaw il-kliewi tal-bniedem u l-mard assoċjat tiegħu, iskrin għat-tossiċità tad-droga, u forsi jissupplimentaw il-funzjoni tal-kliewi.

Il-mard tal-kliewi jaffettwa 10% tal-popolazzjoni tad-dinja [4]. Minkejja l-identifikazzjoni tal-kawża ġenetika sottostanti għal ħafna forom ta 'mard tal-kliewi, m'hemm l-ebda terapiji ottimali disponibbli biex jimmaniġġjawhom. Din is-sitwazzjoni sfortunata tirrifletti n-nuqqas ta 'sistemi ta' mudelli in vitro li jirrikapitulaw il-mard tal-kliewi tal-bniedem għal żvilupp terapewtiku mmirat. L-organoids tal-kliewi joffru pjattaforma ta' riċerka 3-D bbażata fuq il-bniedem, personalizzabbli biex tinvestiga mard ġenetiku tal-kliewi, korriment fil-kliewi, u tossiċità tad-droga. Flimkien mal-kapaċità tiegħu li jservi bħala sistema ta 'mudellar, organoid tal-kliewi għandu l-potenzjal li javvanza l-mediċina tat-trapjant. Għalhekk, biex timmassimizza l-potenzjal tagħha fiż-żewġ oqsma, l-organoid tal-kliewi għandu jixbah l-istruttura u l-funzjoni tal-kliewi tal-bniedem adulti. Hawnhekk, se nirrevedu l-istat attwali tal-organoid tal-kliewi tal-bniedem derivat minn ċelluli pluripotenti, l-użi potenzjali tiegħu, u l-oqsma għal titjib.

2. Il-Kliewi tal-Bniedem vs Organojdi tal-Kliewi

HiPSCs iservu bħala prokura għal PSCs embrijoniċi. Għalhekk, li tifforma organoid tal-kliewi mill-hiPSCs tinvolvi li tirreplika l-iżvilupp tal-kliewi embrijoniku tal-bniedem. Hawn taħt, se nesploraw kif l-organoid tal-kliewi huwa żviluppat u nqabbluh mal-kliewi tal-bniedem.

2.1. Żvilupp tal-Kliewi tal-Bniedem

Id-demm jiġi ffiltrat fi tliet fażijiet distinti matul l-iżvilupp embrijoniku. Fl-ewwel fażi, struttura msejħa pronephros tiżviluppa fl-embriju uman ta' 4-ġimgħat u tipproċessa d-demm fir-reġjun ċervikali sa madwar ġimgħa 5 [5]. Sussegwentement, il-mesonephros jiffurmaw fir-reġjun toraċiku tal-embrijun u jiffiltraw id-demm mill-bidu tal-ġimgħa 5 sa madwar ġimgħa 10 tal-iżvilupp embrijoniku. Filwaqt li l-mesonephros qed jiffiltra d-demm, is-sistema ta 'filtrazzjoni finali, li eventwalment se ssir il-kliewi adulti, jibda jifforma (Figura 1). Jifforma fiż-żewġ partijiet li ġejjin: il-mesenchyme metanefriku u l-bud ureteriku. Il-mesenchyme metanephric jifforma l-partijiet kollha tan-nephron ħlief il-kanal tal-ġbir, filwaqt li l-bud ureterik jifforma l-kanal tal-ġbir. Dawn l-istrutturi jgħaddu minn ċiklu ta 'induzzjoni reċiproku, fejn il-mesenchyme metanephric u l-bud ureteriku jistimulaw it-tkabbir ta' xulxin u jingħaqdu, u jiffurmaw struttura msejħa metanephros. Il-metanephroi iffurmat ġdid jiffiltra d-demm mill-fergħat iljaċi sar-reġjun pelviku. Fl-istess ħin, il-bud ureteriku jgħaqqad u jkompli jferraħ biex jifforma ħafna katusi li jiġbru fil-kliewi [6,7]. Sussegwentement, dawn l-istrutturi metanefriċi mdewba jitilgħu fir-reġjun ta 'l-addome ta' l-embriju hekk kif jiżviluppa u jsawwar il-provvista tad-demm mill-aorta primittiva. Dawn il-proċessi huma miġbura fil-qosor fil-Figura 1. Huwa importanti li wieħed jinnota li l-mesenchyme metanephric u ċ-ċelluli bud ureteriċi huma primittivi, u għalhekk iżommu potenzjal multipotenti, filwaqt li ċ-ċelluli tal-kliewi differenzjati adulti huma impenjati għal nisel partikolari tagħhom [8].

Figura 1. Żvilupp tas-sistema urinarja umana minn ġimgħat 4 sa 9 fil-ġuf.

2.2. Protokolli biex Jiġġenera Organojdi tal-Kliewi

Organojdi tal-kliewi jistgħu jiġu ffurmati minn ċelloli differenzjati derivati ​​mit-tessuti jew ċelloli staminali pluripotenti. Biex tiżviluppa organoid tal-kliewi minn ċelloli derivati ​​mit-tessuti, wieħed jista' jirranġa ċ-ċelloli adulti differenzjati fi spazju tridimensjonali ex vivo biex jimita l-arkitettura tal-organi umani [9]. Protokolli organoid għal ċelluli differenzjati derivati ​​mit-tessuti huma koperti x'imkien ieħor. F'din ir-reviżjoni, se niffukaw fuq organoids tal-kliewi derivati ​​minn ċelloli staminali. Biex joħolqu dawn is-sistemi, ix-xjenzati jistgħu jikkultivaw ċelloli staminali pluripotenti fil-preżenza ta 'morfoġeni endoġeni speċifiċi għall-kliewi u komponenti extraċellulari. Iċ-ċelloli staminali jistgħu mbagħad jinġabru lilhom infushom fi strutturi simili għall-kliewi, li jimitaw l-iżvilupp tal-kliewi embrijoniku. L-organi, bħall-imsaren, jesgħu popolazzjonijiet ta 'ċelluli staminali endoġeni fit-tessut adult li bihom ix-xjenzati jistgħu joħolqu organoids [10]. Madankollu, peress li ma kien hemm l-ebda evidenza ċara li kilwa umana adulta fiha niċċa taċ-ċelloli staminali, organoids tal-kliewi derivati ​​minn ċelloli staminali għandhom ikunu magħmula minn ċelloli staminali pluripotenti (jew embrijoniċi jew hiPSC) [11].

Organojdi tal-kliewi derivati ​​miċ-ċelloli staminali jistgħu jiġu kklassifikati fiż-żewġ kategoriji li ġejjin: organoids tal-proġenitur tan-nephron (NP) u organoids tal-bud ureteriku (UB). Iż-żewġ tipi ta 'organoids ġew stabbiliti sew bħala mudelli ta' mard. L-organoids NP jixbħu l-mesenchyme metanephric, li fih ċelluli NP multipotenti. Fil-fatt, ċellula mesenkimali metanefrika waħda tista' tagħti lok għaċ-ċelloli epiteljali kollha tan-nephron, eskluż il-kanal tal-ġbir [8]. Il-metodoloġiji għall-ġenerazzjoni ta' organoids NP derivati ​​minn hiPSC jinkludu kultura 2D b'aggregazzjoni sussegwenti fi pjanċa transwell poruża (eż., Takasato et al. (2016), Morizane et al. (2015)) jew kultura 3D f'idroġel (eż., Freedman et al. (2015)) [12–14]. Dawn l-organoids jiżviluppaw strutturi glomerulari u tubulari. Organojdi NP derivati ​​minn tnejn mill-aktar protokolli NP popolari minn Takasato u Morizane tqabblu f'analiżi omics estensiva minn Wu et al. (2018) [15]. Sabu li filwaqt li l-protokoll Takasato jiġġenera madwar 11% ċelluli li jixbħu lill-podoċiti u 21% ċelluli off-target għal kull organoid, il-protokoll Morizan jiġġenera madwar 28.5% ċelluli simili podocyte u 14.3% ċelluli off-mira [15]. L-organoids ta 'Takasato jidhru wkoll li jiżviluppaw ammont żgħir ta' reġjuni simili għal UB iżda jimitaw b'mod predominanti l-mesenchyme metanephric, u b'hekk jikklassifikawhom bħala organoids NP [12]. Barra minn hekk, Morizane et al. (2015) u Takasato et al. (2016) protokolli m'għandhomx ambjent ta 'idroġel extraċellulari li huwa preżenti f'dak tax-xogħol ta' Freedman et al. (2015) [14]. Garreta et al. (2019) jargumentaw li l-preżenza ta 'idroġel fil-formazzjoni ta' organoid ittejjeb il-formazzjoni tal-istruttura tal-kliewi u ssaħħaħ il-produzzjoni ta 'markaturi IM bikrija, markaturi IM posterjuri, u markaturi IM anterjuri [16].

B'kuntrast ma 'l-organoids NP, l-organoids UB jimitaw il-bud ureteriku, li jagħti lok għas-sistema tal-kanal tal-ġbir. Metodi għall-ġenerazzjoni tal-organoids UB ġew żviluppati aktar reċentement u jinkludu l-kultivazzjoni tal-ġisem tal-embriju u l-aggregazzjoni sussegwenti għal bjar ta 'aderenza baxxa [17]. Dawn l-organoids għandhom strutturi tubulari u tal-katusi tal-ġbir. Fl-aħħarnett, l-organoids NP u UB ​​ġew magħquda wkoll biex jiġġeneraw strutturi ta’ kokultura ta’ ordni ogħla biex jirrikapitulaw bniedem adult.fenotipi tal-kliewi[17]. L-aktar protokolli popolari għalorganoid tal-kliewiformazzjoni huma miġbura fil-qosor fil-Figura 2 hawn taħt [12-14,17-19].

Figura 2. Sommarju tal-Protokolli ta 'Formazzjoni Organojdi L-aktar Popolari

2.3. Kif Huma Stack Up: Organojdi tal-kliewi vs. Kliewi tal-Bniedem

Il-protokolli deskritti hawn fuq primarjament jinvolvu l-awto-assemblaġġ ta 'hiPSCs f'organoids. Huma jimitaw il-kundizzjonijiet tal-fetu biex iħeġġu lill-hiPSCs jiddifferenzjaw f'nisel speċifiċi tal-kliewi u jiffurmaw strutturi speċifiċi għall-kliewi. L-ewwel kundizzjoni tal-fetu li jirreplikaw hija s-sinjalar primittiv tal-istrixxa. L-istrixxa primittiva hija sezzjoni tal-embrijun li tiżviluppa qabel it-tliet saffi tal-mikrobi jisseparaw. Ħafna mill-protokolli jagħmlu dan billi jużaw l-agonist tas-sinjalar WNT CHIR. Sussegwentement, għad-derivazzjoni tan-nisel NP, mesoderm intermedju posterjuri (PIM) għandu jiġi indott, u għal nisel UB, mesoderm intermedju anterjuri (AIM) għandu jiġi indott [17]. Interessanti, Takasato et al. (2015) sabu li aktar ma jkun itwal il-perjodu ta 'amministrazzjoni CHIR, aktar mesoderm simili għal wara żviluppat, filwaqt li l-iqsar il-perjodu, l-aktar mesoderm simili anterjuri żviluppat [20]. Għalhekk, iż-żieda fit-tul ta 'sinjalazzjoni WNT twassal għal aktar ġenerazzjoni ta' struttura glomerulari u prossimali, u tnaqqis fit-tul ta 'sinjalazzjoni WNT twassal għal ġenerazzjoni ta' struttura aktar distali.

Mat-tlestija tal-protokoll NP, jiżviluppaw organoids kemm b'reġjuni glomerulari kif ukoll tubulari. Madankollu, huma immaturi. Studji wrew li organoids tal-kliewi derivati ​​mill-hiPSC jimitaw il-fetu tal-ewwel trimestru [20]. Waħda mill-aktar analiżi estensivi dwar dan is-suġġett saret minn Subramanian et al. (2019), li uża RNA-seq biex iqabbel l-organoids tal-kliewi ma' kliewi umani ta' 8-ġimgħa, 17-ġimgħa, u adulti. Huma kkonkludew li l-organoids tal-kliewi huma aktar simili għall-kliewi tal-bniedem fil-ġimgħat 8 u 17 fil-fetu milli fil-kliewi adulti [21]. Barra minn hekk, l-organoids tal-kliewi juru tbajja ta' markaturi multipotenti primittivi bħal SIX2+ madwar il-kliewi, filwaqt li l-kilwa umana differenzjata adulta ma tesprimix tali markaturi [22]. Għalhekk, biex tuża l-organoid tal-kliewi bħala prokura għall-kilwa umana adulta biex tistudja l-mard, trid tavvanza fl-età tat-tqala.

L-organoids tal-kliewi jistgħu mhux biss jimitaw aktar mill-qrib metanephros bikrija mill-kilwa umana adulta xierqa, iżda jistgħu saħansitra jixbħu aktar mill-qrib il-mesonephros milli l-metanephros jekk il-konċentrazzjoni tal-morfoġenu tkun irregolata b'mod mhux xieraq [23]. Filwaqt li jindirizzaw dan it-tħassib, Tsujimoto et al. (2020) investigaw id-divrenzjar in vitro tal-hiPSC f'NPs mesonephric, NPs metanephric, u ċelluli UB [24]. Dan l-istudju identifika diversi fatturi li jiddifferenzjaw dawn it-tliet nisel u jistgħu, għalhekk, jiġu applikati għall-istudju futur ta 'dawn it-tliet sistemi distinti [24]. Avvanzi ewlenin oħra fil-maturazzjoni organoid jinkludu interazzjonijiet NP-UB u vaskularizzazzjoni. Uħud mill-aktar studji notevoli biex jindirizzaw dawn il-kwistjonijiet saru minn Taguchi u Nishinakamura (2017) u Tsujimoto et al. (2020) [17,24]. Dawn l-istudji ġġeneraw organoids ko-koltivati ​​MM-UB u trapjantawhom fi ġrieden, fejn ġew vaskularizzati. Ġenerazzjoni ta 'dawn l-istrutturi metanephric ta' ordni ogħla avvanzat b'mod sinifikanti l-istruttura tal-kliewi derivati ​​minn ċelluli staminali xebh mal-kliewi umani attwali. Madankollu, anki dawn is-sistemi avvanzati ma setgħux jirrikapitulaw il-fergħat UB aktar estensivi li jseħħu matul it-tieni u l-aħħar trimestri in vivo [24]. Dawn is-sejbiet jenfasizzaw il-ħtieġa li jiġu replikati l-funzjonijiet u l-interazzjonijiet tal-kliewi maturi endoġeni li l-organoids attwali m'għandhomx, bħall-fluss tal-fluwidu.

3. Organojdi tal-kliewi bħala Sistemi Mudell

Ix-xebh tal-organoids tal-kliewi mal-kliewi tal-bniedem jagħmilhom adattati għall-immudellar tal-mard u l-iskrinjar tad-droga. Jistgħu jsiru f'inqas minn xahar, personalizzati għal individwu, u prodotti bl-ingrossa [12–14,17–19]. Barra minn hekk, jistgħu jiġu kkultivati ​​in vitro jew trapjantati fi ġrieden, firien, jew bajd tal-flieles biex jiffurmaw mudelli kompluti in vivo. Hawn taħt, se nesploraw analiżi li tista 'titwettaq b'organoids tal-kliewi, kif ukoll użi attwali u futuri ta' organoids tal-kliewi fir-riċerka bijomedika.

3.1. Analiżi Organojdi tal-Kliewi

3.1.1. Analiżi In Vitro

Jistgħu jsiru diversi assaġġi fiżjoloġiċi, molekulari u funzjonali fuq organoids tal-kliewi. F'termini ta 'assaġġi molekulari, analiżi transcriptomic differenti twettqu b'suċċess f'organoids tal-kliewi [25]. Pereżempju, Takasato et al. (2015) estratt RNA minn organoids u wettaq sekwenzar tal-RNA u analiżi qRTPCR [20].

Oħrajn, bħal Wu et al. (2018) wettqu l-iżolament tan-nuklei u s-sekwenzjar snRNA, minbarra s-sekwenzjar ta 'scRNA DropSeg f'organoids tal-kliewi. Minbarra l-livelli ta 'RNA diversi livelli ta' proteina ġew kwantifikati u mqabbla minn lisat organoid tal-kliewi permezz ta 'immunoblot (eż. Cruz et al., 2017; Morais et al, 2022) [26,27]. Barra minn hekk, l-analiżi tal-immunoċitokimika saret b'rutina f'organoids tal-kliewi biex teżamina strutturi speċifiċi tan-nephron. Dan ħafna drabi jsir bħala tbajja' organoid kollu; alternattivament, sezzjonijiet tat-tessut intużaw ukoll għall-istħarriġ (eż. Takasato et al, 2015; Cruz et al., 2017) (20,26). Dawn l-istudji wrew li organoids tal-kliewi juru glomeruli, tubuli prossimali, tubuli distali, membrana bażali, u arranġament tal-kanal tal-ġbir (20, 27). Il-Figura 3 hawn taħt turi eżempju ta 'organoids tal-kliewi tal-bniedem inkorporati fil-paraffin u sezzjonijiet iġġenerati bl-użu tal-protokoll ta' Takasato et al (2016) (12)Is-sezzjoni hija mtebbgħin għal tubuli glomerulari, prossimali u distali tubuli markatur proteini u jesibixxi strutturi kontinwi glomerulari għal tubuli distali nephronic.Minbarra l-istrutturi, l-organoids tal-kliewi huma magħrufa li juru vaskulatura kif ukoll.Madankollu, huwa limitat, rigressing malajr, u mhux organizzati bħal fil-kilwa tipiku (28).

Jistgħu jsiru wkoll analiżi funzjonali multipli f'organoids tal-kliewi. Pereżempju, kif deskritt minn Freedman et al. (2022), l-organoids tal-kliewi jistgħu jkunu soġġetti għal analiżi tal-polz chase, fejn diversi molekuli fluworexxenti jistgħu jiġu miżjuda mal-midja qabel ma jiġu sostitwiti b'midja ġdida li ma għandhiex fluworexxenza [29]. L-organoids jistgħu mbagħad jiġu analizzati għall-assorbiment ta 'dawn il-molekuli, u l-informazzjoni li tirriżulta tista' tintuża biex tiġi dedotta informazzjoni dwar akkumulazzjoni, nefħa, filtrazzjoni, endokrinali, jew korriment [29]. Madankollu, waħda mill-kwistjonijiet ma 'dan l-assaġġ fil-pjattaformi organoid hija li molekuli jistgħu jiġu introdotti esternament għal strutturi tubulari magħluqa minflok permezz tal-wiċċ apikali, kif jiġri in vivo. Għalhekk, molekuli fluworexxenti jistgħu jiġu assorbiti mill-membrana bażolaterali ta 'barra, peress li m'hemm l-ebda mod biex jiġi kkontrollat ​​fejn dawn il-molekuli jistgħu jmorru meta jiġu introdotti b'mod gross fil-midja. Barra minn hekk, it-trasport ta 'molekuli jista' jkun limitat permezz ta 'diffużjoni fi ħdan organoids, u joħloq xejriet differenti fl-akkumulazzjoni fl-istess organoid.

Barra minn hekk, it-tiswija tal-kliewi tista 'tiġi vvalutata wkoll fi pjattaformi organoid, u b'hekk tippermetti għarfien dwar mekkaniżmi ta' treġġigħ lura ta 'ħsara fil-kliewi u bażi ġenetika li jistgħu jippredisponu pazjenti għal mard tal-kliewi. Pereżempju, studji bħal Gupta et al. (2022) investigaw mogħdijiet tal-ġeni li kienu rregolati fil-preżenza ta 'espożizzjonijiet singoli jew multipli għal cisplatin, molekula ta' ħsara fil-kliewi, fi pjattaformi organoid tal-kliewi [30]. Fl-aħħar nett, il-formazzjoni taċ-ċisti tista 'tiġi analizzata f'organoids għall-iskop ta' studju tal-mard tal-kliewi poliċistiku (PKD) permezz tal-attivazzjoni tal-cAMP [26]. Iċ-ċisti mbagħad jistgħu jiġu mkejla, kwantifikati, u ttrattati bħala prokuri għaċ-ċisti fil-kliewi tal-bniedem.

3.1.2. Analiżi In Vivo

Żvantaġġ sinifikanti għall-użu ta 'organoids tal-kliewi in vitro bħala sistema mudell huwa n-nuqqas ta' interazzjoni tagħhom mal-bqija tal-organiżmu. Pletora ta 'kundizzjonijiet li jaffettwaw sezzjonijiet remoti tal-ġisem jistgħu jaffettwaw il-kliewi u viċi versa. Pereżempju, bidliet fil-pressjoni tad-demm jistgħu jbiddlu drastikament il-pressjoni glomerulari, li l-kliewi jistgħu, imbagħad, jirregolaw. Madankollu, in vitro, is-sistemi organoid ma jagħtux kont għal dawn l-interazzjonijiet sistemiċi. Għalhekk, ġew esplorati approċċi ta 'trapjant li jinvolvu organoids tal-kliewi derivati ​​mill-bniedem fil-ġrieden, firien, u bajd tal-flieles. Fi studji bħal dawn, it-tessuti tal-bniedem u tal-annimali huma distinti permezz tal-immunostaining tal-antiġen nukleari uman jew l-allinjament tal-qari tal-kromożomi Y mar-referenza tal-ġenoma magħquda [21]. Barra minn hekk, organoids jistgħu jiġu trapjantati permezz ta 'scaffold (eż., ħarir) biex jipprovdu livell ogħla ta' integrità strutturali [31]. Dan l-approċċ jista' jippermetti analiżijiet speċifiċi għat-tessut organoid aktar faċli wara t-trapjant.

Vantaġġ ewlieni tat-trapjant tal-organoids tal-kliewi huwa li jippermetti lill-organoids li vaskularizzaw, jimmaturaw, u saħansitra jiffiltraw l-awrina. Van den Berg et al. (2018) wrew li wara trapjant renali subkapsulari fil-ġrieden, glomeruli organoid tal-kliewi u tubuli jimmaturaw b'mod sinifikanti [32]. Fi studju ieħor, Subramanian et al. (2019) wrew li t-trapjant ta 'organoids derivati ​​mill-hiPSC fil-ġrieden iwassal għal żieda fil-maturazzjoni tat-tubuli prossimali u distali u tnaqqis fil-preżenza ta' popolazzjonijiet ta 'ċelluli mhux fil-mira fi ħdan l-organoid [21]. Aktar importanti minn hekk, wara t-trapjant, organoids tal-kliewi jistgħu jwettqu l-funzjoni aħħarija tal-kliewi, iffiltra d-demm. Wara trapjant taħt il-ġilda fil-ġrieden, l-organoids tal-kliewi ffurmaw strutturi li jiffiltraw l-awrina, kif jidher mit-trasferiment ta 'dextran ittikkettat b'FITC [33]. Għalhekk, mhux biss it-trapjant jippermetti li wieħed jistudja l-effetti ta 'mutazzjoni f'organoid tal-kliewi in vivo, iżda jtejjeb ukoll ix-xebh tal-organoid mal-kliewi tal-bniedem u jagħmilha sistema kemmxejn funzjonali.

Filwaqt li ġrieden immunodefiċjenti ħafna drabi jintużaw għat-trapjant ta 'organoid tal-kliewi hiPSC, intużaw ukoll hosts oħra, bħal membrani chorioallantoic tal-flieles (CAM). CAM huwa immunodefiċjenti b'mod naturali u jwassal għall-vaskularizzazzjoni tal-organoid [16]. Madankollu, hija nieqsa minn sistemi tipiċi ta 'organi mammiferi, u jagħmlu l-organoids tal-kliewi skonnettjati minn sistemi oħra, b'differenza mill-ġrieden. Minkejja l-ostakli relatati mal-ospitanti, il-ġenerazzjoni tal-kimera b'organoids tal-kliewi derivati ​​mill-bniedem tippermetti studju estensiv in vivo tal-mard tal-kliewi tal-bniedem fi pjattaforma ta 'impatt kbir.

3.2. Studji dwar l-Immudellar tal-Mard Twettqu S'issa

3.2.1. Organojdi tal-kliewi bħala Mudelli ta' Mard Ġenetiku

Organojdi tal-kliewi ntużaw biex jistudjaw mard tal-kliewi ġenetiku tubulari u glomerulari [26,34,35]. Fil-bnedmin, l-aktar mard tubulari prominenti jinkludi mard tal-kliewi poliċistiku pedjatriku (PKD), li jirriżulta minn mutazzjonijiet awtosomali reċessivi fil-ġene fibroċistiku (PKHD1), u PKD tal-adulti, li jirriżulta minn mutazzjonijiet awtosomali dominanti fil-poliċistin-1 u -2 ġeni [36–38]. Dawn il-mutazzjonijiet jistgħu jiġu introdotti artifiċjalment f'hiPSCs permezz ta' teknoloġiji ta' editjar tal-ġeni, bħas-sistema CRISPR-Cas 9. L-hiPSCs editjati jistgħu sussegwentement jitkabbru f'organoids tal-kliewi tal-bniedem li jimmudellaw PKD u analizzati permezz ta 'tbajja' ta' proteini u profili ta 'RNA. Pereżempju, Freedman et al. (2015) u Cruz et al. (2017) ħallew ġeni polycystin fil-linji hiPSC bl-użu tas-sistema CRISPR/Cas9 u sussegwentement idderivaw organoids li jimitaw il-fenotip ċstiku misjub in vivo f'pazjenti morda [14,26]. Dawn l-istudji juru li l-organoids tal-kliewi jistgħu jintużaw bħala pjattaformi osservabbli faċilment u rilevanti għall-mard għall-istudju tal-PKD. Barra minn hekk, organoids magħmulin minn linji ta 'ċelluli derivati ​​mill-pazjent jippermettu għarfien dwar mutazzjonijiet speċifiċi għall-pazjent u l-probabbiltà ta' żvilupp tal-mard. Per eżempju, Low et al. (2019) żviluppaw organoids tal-kliewi derivati ​​minn pazjenti b'mutazzjonijiet PKHD1 u qabbluhom ma' organoids tat-tip selvaġġ [39]. L-organoids morda wrew b'mod sinifikanti aktar formazzjoni ta 'ċisti, u b'hekk juru l-potenzjal ta' organoids tal-kliewi biex ibassru l-manifestazzjoni tal-marda mill-ġenotip [39]. Fi studju ieħor, Hernandez et al. (2021) idderivaw hiPSCs minn pazjenti b'mutazzjonijiet fil-ġene tal-kumpless tal-isklerożi tuberuża-2, li jagħmel lill-pazjent suxxettibbli għall-iżvilupp tat-tumur tal-kliewi [40]. Imbagħad ikkoreġu l-mutazzjoni tal-pazjent bis-sistema CRISPR/Cas9. Organojdi tal-kliewi minn dawn il-linji mutanti isoġeniċi kkoreġuti urew formazzjoni mnaqqsa ta 'ċisti u mogħdijiet tal-ġeni restawrati meta mqabbla mal-organoids morda, u b'hekk juru l-utilità ta' organoids tal-kliewi fl-istudju tal-effetti funzjonali downstream ta 'mutazzjonijiet speċifiċi f'sistemi li jixbħu l-organi isoġeniċi.

Ir-riċerkaturi użaw ukoll organoids derivati ​​mill-pazjent biex jiksbu għarfien dwar mard ġenetiku li jaffettwa l-glomerulus. Pereżempju, Hale et al. (2018) iffokat fuq il-ġene NPHS1 (nephrin), li, jekk ikun mutat, jinduċi formazzjoni difettuża tal-proċess tas-sieq tal-podocyte u filtrazzjoni tal-awrina leaky, li tirriżulta f'mard tal-kliewi [34]. Hale et al. (2018) użaw mutanti derivati ​​mill-pazjent NPHS1 hiPSCs biex joħorġu organoids tal-kliewi li mmudellaw dawn il-proċessi difettużi tas-sieq podocyte, inklużi livelli mnaqqsa ta 'proteini speċifiċi għall-podocyte, nephrin, u podocin [34]. Bl-istess mod, Freedman et al. (2015) ħallew il-ġene glomerulari PODXL f'hiPSCs u sabu li l-organoids juru arkitettura podocyte-podocyte difettuża [14].

Potenzjal wieħed fil-biċċa l-kbira mhux sfruttat tal-organoids tal-kliewi huwa l-abbiltà tagħhom li jimmudellaw difetti embrijoniċi u fetali. Bħalissa, ir-riċerkaturi jistinkaw biex jimmudellaw il-kilwa umana adulta bl-organoid tal-kliewi. Madankollu, fl-istat attwali tiegħu tal-ewwel u t-tieni trimestru, l-organoid tal-kliewi jista 'jintuża biex jistudja difetti fil-kliewi fl-iżvilupp [41]. Id-difetti fl-iżvilupp tas-sistema urinarja, bħal displasja tal-kliewi, huma fost uħud mill-aktar disturbi tal-iżvilupp prevalenti u severi [42]. Peress li ħafna minn dawn il-mard jistgħu jiġu skoperti sa minn 11-il ġimgħa, l-organoids tal-kliewi jipprestaw ruħhom partikolarment tajjeb għall-istudju tad-diżabilitajiet konġenitali tal-kliewi. Aħna mhux biss għandna organoids tal-kliewi tal-ewwel u tat-tieni trimestru metanefriċi għad-dispożizzjoni tagħna, iżda għandna wkoll linji ta 'ċelluli tal-kliewi mesonefriċi primittivi (eż., Tsujimoto et al., 2020) biex nistudjaw difetti embrijoniċi u fetali [24]. Peress li ftit sistemi jippermettu l-istudju u l-manipulazzjoni ta 'kilwa umana li qed tiżviluppa, l-organoid tal-kliewi jippermetti potenzjal tremend għal studji ġenetiċi, tossikoloġiċi u ta' żvilupp tal-fetu.

3.2.2. Organojdi tal-kliewi bħala Mudelli għal Mard Ieħor

Minbarra l-mard ġenetiku, organoids tal-kliewi intużaw biex jistudjaw ir-rispons tas-sistemi umani għal infezzjoni virali, kanċer u korriment. Per eżempju, Jansen et al. (2021) użaw pjattaforma organoid tal-kliewi biex jevalwaw l-effetti tas-SARS-CoV virali -2 fuq il-kliewi umani [43]. Dan il-grupp skopra li l-infezzjoni SARS-CoV-2 twassal għal żieda fl-espressjoni tal-collagen-I fl-organoids tal-kliewi tal-bniedem, u b'hekk tipprovdi spjegazzjoni mekkanistika tal-ħsara fil-kliewi u l-fibrożi li ħafna drabi takkumpanja każijiet severi ta 'COVID-19 fit-tul. 43]. Rigward ir-riċerka tal-kanċer, Hernandez et al. (2021) trapjantati organoids tal-kliewi fi firien immunodefiċjenti biex jimmudellaw tumuri tal-kliewi rari influwenzati ġenetikament. Hawnhekk, organoids derivati ​​mill-pazjent żviluppaw leżjonijiet bħal tumur, u b'hekk jirrikapitulaw tumuri tal-kliewi umani [40]. Barra minn hekk, użaw mudelli ta 'tumur ibbażati fuq organoid tal-kliewi bħala strutturi semi-funzjonali derivati ​​mill-bniedem u ttestjaw drogi u terapiji bbażati fuq nanopartiċelli. Fl-aħħarnett, studji reċenti wrew li organoids tal-kliewi jistgħu jintużaw biex jittestjaw ir-rispons għall-korriment tal-kliewi. Per eżempju, Prezpiorski et al. (2022) wrew li l-organoids tal-kliewi jipproduċu markaturi ta 'ħsara ossidattiva u żiedu l-espressjoni tal-markatur tal-ħsara billi jamministraw il-molekula tal-ħsara hemin lill-organoids tal-kliewi, flimkien ma' biosensor [44].

3.2.3. Organojdi tal-kliewi fl-Evalwazzjoni tad-Droga

Minbarra li jipprovdu ħarsa lejn il-mard, l-organoids tal-kliewi intużaw biex jeżaminaw id-drogi. B'mod partikolari, l-organoids tal-kliewi intużaw biex jistudjaw il-ħsara fil-kliewi kkaġunata mid-droga (DIKI), li hija kawża ewlenija ta' ħsara akuta fil-kliewi [45]. Fl-evalwazzjoni tal-effetti sekondarji ta 'cisplatin, Czerniecki et al. (2018) wrew li l-organoids tal-kliewi huma ta 'għajnuna bħala mudelli ta' throughput għoli biex jivverifikaw farmaċewtiċi ġodda f'firxa diversa ta 'ġenetika umana [46].

Oħrajn, bħal Wu et al. (2018) wettqu l-iżolament tan-nuklei u s-sekwenzjar snRNA, minbarra s-sekwenzjar ta 'scRNA DropSeg f'organoids tal-kliewi. Minbarra l-livelli ta 'RNA diversi livelli ta' proteina ġew kwantifikati u mqabbla minn lisat organoid tal-kliewi permezz ta 'immunoblot (eż. Cruz et al., 2017; Morais et al, 2022) [26,27]. Barra minn hekk, l-analiżi tal-immunoċitokimika saret b'rutina f'organoids tal-kliewi biex teżamina strutturi speċifiċi tan-nephron. Dan ħafna drabi jsir bħala tbajja' organoid kollu; alternattivament, sezzjonijiet tat-tessut intużaw ukoll għall-istħarriġ (eż. Takasato et al, 2015; Cruz et al., 2017) (20,26). Dawn l-istudji wrew li organoids tal-kliewi juru glomeruli, tubuli prossimali, tubuli distali, membrana bażali, u arranġament tal-kanal tal-ġbir (20, 27). Il-Figura 3 hawn taħt turi eżempju ta 'organoids tal-kliewi tal-bniedem inkorporati fil-paraffin u sezzjonijiet iġġenerati bl-użu tal-protokoll ta' Takasato et al (2016) (12)Is-sezzjoni hija mtebbgħin għal tubuli glomerulari, prossimali u distali proteini li jimmarkaw it-tubuli u juri strutturi kontinwi glomerulari għal tubuli distali nephronic.Minbarra l-istrutturi, l-organoids tal-kliewi huma magħrufa li juru vaskulatura wkoll.Madankollu, huwa limitat, rigressing malajr u mhux organizzat bħal fil-kliewi tipiku (28).

Figura 4. Sommarju tal-modi kif l-organoids tal-kliewi jistgħu jintużaw biex jimmudellaw il-mard. Sommarju tal-modi kif l-organoids tal-kliewi jistgħu jintużaw biex jimmudellaw di