IPSC प्रौद्योगिकी-आधारित गुर्दे की बीमारियों के लिए पुनर्योजी चिकित्सा

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सारके लिए कुछ उपचारात्मक उपचारों के साथगुर्दा रोग, एक नए चिकित्सीय विकल्प के रूप में पुनर्योजी चिकित्सा पर अधिक ध्यान दिया गया है। हाल की प्रगतिगुर्दामानव-प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (hiPSCs) का उपयोग करके पुनर्जनन उल्लेखनीय है। के ज्ञान के आधार परगुर्दाविकास, दो भ्रूणों में hiPSCs का निर्देशित विभेदनगुर्दाजनक, नेफ्रॉन जनक कोशिकाएं (एनपीसी) और मूत्रवाहिनी कली (यूबी) की स्थापना की गई है, जो नेफ्रॉन की पीढ़ी को सक्षम करती है और वाहिनी ऑर्गेनोइड एकत्र करती है। इसके अलावा, मानवगुर्दाइन हाईपीएससी-व्युत्पन्न पूर्वजों से ऊतक उत्पन्न किए जा सकते हैं, जिसमें एनपीसी-व्युत्पन्न ग्लोमेरुली औरगुर्देनलिकाएं और यूबी-व्युत्पन्न एकत्रित नलिकाएं आपस में जुड़ी हुई हैं। प्रेरितगुर्दाप्रतिरक्षाविहीन चूहों में प्रत्यारोपित किए जाने पर ऊतकों को और अधिक संवहनीकृत किया जाता है। इसके अलावागुर्दाप्रत्यारोपण में उपयोग के लिए पुनर्निर्माण, यह प्रदर्शित किया गया है कि hiPSC-व्युत्पन्न NPCs का उपयोग करके सेल थेरेपी तीव्र सुधार करती हैगुर्दे की चोट(AKI) चूहों में। रोग-विशिष्ट hiPSCs का उपयोग करके रोग मॉडलिंग और दवा खोज अनुसंधान भी अचूक के लिए सख्ती से आयोजित किया गया हैगुर्दाविकार, जैसे कि ऑटोसोमल प्रमुख पॉलीसिस्टिकगुर्दे की बीमारी(एडीपीकेडी)। से जुड़ी जटिलताओं को दूर करने के प्रयास मेंगुर्दा रोग, हाईपीएससी-व्युत्पन्न एरिथ्रोपोइटिन (ईपीओ) -उत्पादक कोशिकाओं को दवाओं की खोज और सेल थेरेपी विकसित करने के लिए सफलतापूर्वक उत्पन्न किया गया थागुर्देरक्ताल्पता। यह समीक्षा के विकासात्मक जीव विज्ञान की वर्तमान स्थिति और भविष्य के दृष्टिकोणों का सार प्रस्तुत करती हैगुर्दाऔर IPSC प्रौद्योगिकी आधारित पुनर्योजी चिकित्सागुर्दे के रोग।

कीवर्ड:आईपीएससी; गुर्दा पुनर्जनन; नेफ्रॉन पूर्वज कोशिका; मूत्रवाहिनी कली; सेल थेरेपी; रोग मॉडलिंग, गुर्दा, वृक्क।

परिचय  गुर्दे के रोगदुनिया भर में भारी चिकित्सा समस्याओं और आर्थिक बोझ का कारण बनता है, लेकिन इसके अलावा कुछ उपचारात्मक उपचार हैंगुर्देप्रत्यारोपण, जो गंभीर दाता अंग की कमी से बाधित है [1]। एक समाधान मानव प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (hPSCs), जैसे कि भ्रूण स्टेम सेल (hESCs) और प्रेरित प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (hiPSCs) [2] का उपयोग करके एक पुनर्योजी दवा रणनीति का विकास है। अनंत रूप से फैलने और शरीर में किसी भी प्रकार की कोशिका में अंतर करने की उनकी क्षमता के कारणगुर्देकोशिकाओं, एचपीएससी से पुनर्योजी चिकित्सा के लिए एक सेल स्रोत के रूप में काम करने की उम्मीद है, जैसे किगुर्दापुनर्निर्माण और सेल थेरेपी। इसके अलावा, रोग-विशिष्ट एचपीएससी जिनके पास विशिष्ट रोग का कारण बनने के लिए आनुवंशिक प्रवृत्ति है, का उपयोग रोग विश्लेषण और दवा की खोज के लिए मॉडल विकसित करने के लिए किया जा सकता है, जिसमें एचपीएससी से भिन्न घायल सेल प्रकार इन विट्रो में रोग फेनोटाइप को पुन: पेश करते हैं [2]। इस लेख में, मैं हाल के अग्रिमों को संक्षेप में प्रस्तुत करता हूंगुर्दाविकासात्मक जीव विज्ञान पर आधारित पुनर्जनन अनुसंधान और के लिए पुनर्योजी चिकित्सा और रोग मॉडलिंग के भविष्य के दृष्टिकोण का वर्णन करेंगुर्दा रोग.

गुर्दा विकासकर्ताt  गुर्दाप्रारंभिक भ्रूणीय रोगाणु परत, मध्यवर्ती मेसोडर्म (IM) [3] (चित्र 1a) से प्राप्त होता है। कशेरुकियों में, IM क्रमिक रूप से तीन को जन्म देता हैगुर्दे,प्रोनफ्रोस, मेसोनेफ्रोस और मेटानेफ्रोस (चित्र। 1 बी)। मेसोनेफ्रोस वयस्क हैगुर्दाfsh और उभयचरों का, जबकि मेटानेफ्रोस वयस्क हैगुर्दासरीसृपों, पक्षियों और स्तनधारियों की। जबकि ये तीनोंगुर्देसमान हैं कि उनमें नेफ्रॉन होते हैं, जो की एक कार्यात्मक इकाई हैगुर्दा, उनके नेफ्रॉन की संख्या भिन्न होती है। स्तनधारी वयस्कगुर्दामेटानेफ्रोस

अंजीर। 1 का निर्देशित विभेदनगुर्दावंश कोशिकाएं। एसी मेसोडर्म विनिर्देश (ए), तीन के गठन को दर्शाने वाले योजनाबद्ध चित्रगुर्दे(बी) और मेटानेफ्रोस विकास (सी)। आईएम: मध्यवर्ती मेसोडर्म; एमएम: मेटानेफ्रिक मेसेनचाइम; यूबी: मूत्रवाहिनी कली। d OSR1, SIX2 और HOXD11 के लिए hiPSC-व्युत्पन्न नेफ्रॉन पूर्वज कोशिकाओं (NPCs) का प्रतिरक्षण। ई एयर-लिक्विड इंटर फेस कल्चर के 10 दिनों के बाद हाईपीएससी-व्युत्पन्न एनपीसी से बने एक नेफ्रॉन ऑर्गेनॉइड का प्रतिरक्षण। PODXL: Podocalyxin (पॉडोसाइट मार्कर; सफेद); एलटीएल: लोटस टेट्रागोनोलोबस लेक्टिन (समीपस्थ नलिका मार्कर; लाल); CDH1: CADHERIN 1 (डिस्टल ट्यूब्यूल मार्कर; हरा)। f, g OSR1 (हरा) और GATA3 (लाल; f) के लिए पूर्वकाल IM कोशिकाओं का प्रतिरक्षण और E-CADHERIN (हरा), GATA3 (लाल) और नाभिक (नीला; g) के लिए एक नेफ्रिक डक्ट सेल समुच्चय। ज 7 दिनों के लिए शाखाओं में बंटी आईयूबी ऑर्गेनॉइड के पुनर्निर्माण के दौरान रूपात्मक परिवर्तन। i RET (हरा), CK8 (लाल) और PAX2 (नीला) के लिए एक iUB ऑर्गेनॉइड का प्रतिरक्षण। j Toluidine नीला धुंधला हो जाना एक iUB ऑर्गेनॉइड का ट्यूबलर लुमेन दिखा रहा है। k FOXA1 (सफेद), AQP2 (लाल) और GATA3 (हरा) के लिए एक iUB ऑर्गेनॉइड से प्राप्त डक्ट जैसी ट्यूबलर संरचनाओं को इकट्ठा करने के लिए ब्राइट-फेल्ड (बाएं) और इम्यूनोस्टेनिंग इमेज (मध्य और दाएं)। स्केल बार, 100 माइक्रोन। (डी) और (ई) त्सुजिमोटो एट अल से अनुकूलित हैं। [12], (एफ) और (जी)-(के) माई एट अल से अनुकूलित हैं। [14, 15], क्रमशः दो IMव्युत्पन्न भ्रूणीय ऊतकों, मेटानेफ्रिक मेसेनकाइम (एमएम) और मूत्रवाहिनी कली (यूबी; अंजीर। 1 सी) के बीच पारस्परिक बातचीत से बनता है। MM वयस्कों के नेफ्रॉन और इंटरस्टिटियम को जन्म देता हैगुर्दे, जबकि यूबी निचले मूत्र पथ को एकत्रित नलिकाओं से मूत्राशय के एक हिस्से तक विस्तृत करता है [3]। एक उपन्यास क्लोनोजेनिक परख बनाकर, हमने पहली बार यह प्रदर्शित किया कि एमएम में बहुपत्नी पूर्वज कोशिकाएं होती हैं जो नेफ्रॉन बनाने वाले कई उपकला कोशिका प्रकारों में अंतर कर सकती हैं, जैसे कि ग्लोमेरुलर पॉडोसाइट्स औरगुर्देट्यूबलर एपिथेलिया [4]। बाद में, वंश अनुरेखण प्रयोगों से पता चला कि इन पूर्वजों को प्रतिलेखन कारक सिक्स2 [5] द्वारा चिह्नित किया गया है। इन प्रजनकों को अब नेफ्रॉन जनक कोशिका (एनपीसी) कहा जाता है। तागुची एट अल। ने प्रदर्शित किया कि IM को पूर्वकाल और पश्च डोमेन में विभाजित किया गया है, जो क्रमशः UB और MM को जन्म देता है [6]। इन निष्कर्षों के आधार परगुर्दाविकास, पुनर्जीवित करने के लिए जोरदार प्रयास किए गए हैंगुर्दाhPSCs से वंश कोशिकाओं।

गुर्दे की वंशावली में hPSCs का निर्देशित विभेदन hiPSCs को सीधे अलग करने के पहले चरण के रूप मेंगुर्दानकल करके वंशगुर्दाविकास, हमारे समूह ने IM कोशिकाओं की पीढ़ी पर ध्यान केंद्रित किया और OSR1 जीन के लिए रिपोर्टर hiPSC लाइनें, IM [7] के लिए एक विशिष्ट मार्कर, जीन संपादन [8] द्वारा उत्पन्न किया। मात्रात्मक मूल्यांकन प्रणाली और रिपोर्टर hiPSC लाइनों का उपयोग करते हुए, हमने एक अत्यधिक कुशल विभेदीकरण प्रोटोकॉल विकसित किया है जो IM कोशिकाओं को व्यक्त करने वाले OSR 1- में hiPSCs को प्रेरित करता है। इन प्रेरित IM कोशिकाओं ने ग्लोमेरुलर पॉडोसाइट्स जैसे वयस्क वृक्क कोशिका प्रकारों में और अधिक अंतर करने की विकासात्मक क्षमता दिखाई।गुर्देट्यूब्यूल कोशिकाएं, इन विट्रो में और माउस मेटानेफ्रिक कोशिकाओं [8, 9] के साथ coculturing द्वारा त्रि-आयामी (3 डी) ट्यूबलर संरचनाएं बनाने के लिए।

तागुची एट अल। पहली बार माउस ESCs (mESCs) और hiPSCs दोनों से पश्च IM के माध्यम से NPCs को प्रेरित करने के लिए चयनात्मक विभेदन विधियों को विकसित किया और नेफ्रॉन ऑर्गेनॉइड भी उत्पन्न किया जिसमें ग्लोमेरुली औरगुर्देप्रेरित एनपीसी [6] से इन विट्रो में नलिकाएं। ताकासातो एट अल। की पीढ़ी की सूचना दीगुर्दाऑर्गेनोइड्स जिसमें कई शामिल हैंगुर्देसेल प्रकार, जैसे ग्लोमेरुली,गुर्देनलिकाएं, एकत्रित नलिकाएं, स्ट्रोमल कोशिकाएं और संवहनी कोशिकाएं [10]। एक 2डी संस्कृति प्रणाली विकसित करके, मोरिज़ेन एट अल। hiPSCs से कुशलतापूर्वक उत्पन्न NPCs और फिर NPCs से नेफ्रॉन ऑर्गेनोइड्स [11]। अभी हाल ही में, हमारे समूह ने नेफ्रॉन ऑर्गेनोइड्स [12] (चित्र 1d, e) बनाने के लिए विभेदन क्षमता के साथ hiPSCs को NPCs में प्रभावी ढंग से प्रेरित करने के लिए एक चरणबद्ध विभेदन विधि विकसित की है। हमारी विभेदीकरण पद्धति जिसमें 6 कदम शामिल हैं, ताकासातो एट अल द्वारा रिपोर्ट किए गए तरीकों की तुलना में एनपीसी की प्राकृतिक विकास प्रक्रिया को अधिक बारीकी से पुन: उपयोग करते हैं। और मोरिज़ेन एट अल। [10, 11] और टैगुची एट अल द्वारा विधि की तुलना में 2डी विभेदीकरण प्रारूप में एनपीसी को अधिक कुशलता से उत्पन्न करता है। जो 3डी कल्चर [6] का उपयोग करता है।

यूबी वंशावली, तागुची और निशिनाकामुरा के निर्देशित विभेदीकरण के संबंध में पूर्ववर्ती आईएम और नेफ्रिक डक्ट (एनडी) के माध्यम से यूबी जैसी संरचनाओं में विभेदित एमईएससी और एचआईपीएससी [13]। हालांकि, एनडी एपिथेलिया की प्रेरण क्षमता कम थी, और बाद के विश्लेषणों के लिए फाउ साइटोमेट्री द्वारा एनडी कोशिकाओं का शुद्धिकरण आवश्यक है। हमने एक अधिक कुशल 2डी विभेदन विधि विकसित की है जो पूर्वकाल IM के माध्यम से hiPSCs से ND उपकला उत्पन्न करती है और इसमें शुद्धिकरण के बिना बाद के विभेदन चरण शामिल हैं [14] (चित्र। 1f, g)। प्रेरित ND कोशिकाओं ने 3D संस्कृति में RET (प्लस) टिप और CK8 (प्लस) ट्रंक डोमेन के साथ UB जैसी संरचनाएं बनाईं। हालाँकि, दोनों समूहों द्वारा उत्पन्न यूबी जैसी संरचनाओं ने सीमित शाखाओं में बंटने की क्षमता दिखाई। हाल ही में, हमारे यूबी विभेदन पद्धति को संशोधित करके, हमने सफलतापूर्वक प्रेरित यूबी (आईयूबी) ऑर्गेनोइड्स उत्पन्न किए हैं जिनमें एपिथेलियल पोलरिटी, ट्यूबलर लुमेन और बार-बार ब्रांचिंग मॉर्फोजेनेसिस [15] (छवि 1 एच-जे) शामिल हैं। इसके अलावा, हम गर्भावधि सप्ताह 7 मानव भ्रूण (छवि 1k) में विवो समकक्षों में उनके अनुरूप डक्ट ऑर्गेनोइड एकत्र करने में अंतर करने के लिए इन आईयूबी ऑर्गेनोइड को प्रेरित करने में सफल रहे।

गुर्दे के पूर्वजों का विस्तारकी एक बड़ी राशि की आपूर्ति करने के लिएगुर्देबुनियादी और नैदानिक ​​अनुसंधान के लिए कोशिकाओं, भ्रूण के लिए इन विट्रो विस्तार संस्कृति विधियों मेंगुर्दापूर्वजों की जांच की गई है। ब्राउन एट अल। और तनिगावा एट अल। माउस भ्रूण [16, 17] से हटाए गए एनपीसी के इन विट्रो विस्तार की सूचना दी। ली एट अल। लंबे समय तक इन विट्रो में माउस और मानव भ्रूण दोनों से प्राप्त एनपीसी का विस्तार और रखरखाव क्रमशः 17 और 7 महीनों के लिए 3डी सेल एकत्रीकरण संस्कृति का उपयोग करते हुए [18]। समूह ने समान विधियों का उपयोग करके 2 महीने के लिए इन विट्रो में hiPSCs से विभेदित एनपीसी का विस्तार किया। हालांकि ये तीनों विधियां बोन मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन (बीएमपी) 7 का उपयोग करती हैं, एनपीसी विस्तार में बीएमपी7 की भूमिका अज्ञात बनी हुई है। रासायनिक यौगिकों की जांच करके, हमने ली एट अल द्वारा विकसित विस्तार संस्कृति में BMP7 के विकल्प के रूप में एक JAK3 अवरोधक, TCS21311 की पहचान की। [18] और जेएके में बीएमपी 7 की एक उपन्यास निरोधात्मक भूमिका का खुलासा किया 3- एनपीसी विस्तार के लिए एसटीएटी 3 सिग्नलिंग [19]। इसके अलावा, विस्तार संस्कृति में TCS21311 के जुड़ने से माउस भ्रूण- और hiPSC-व्युत्पन्न NPCs दोनों की प्रसार दर में सुधार हुआ। अभी हाल ही में, हमने hiPSC-व्युत्पन्न UB कोशिकाओं के लिए एक विस्तार संस्कृति विकसित की है, जिसमें iUB ऑर्गेनॉइड से अलग-अलग एकल कोशिकाएं UB टिप मार्करों को व्यक्त करने वाली कॉलोनियों का निर्माण करती हैं [15]। ये टिप कॉलोनियां आईयूबी ऑर्गेनोइड्स को बार-बार शाखाओं में बंटने की क्षमता के साथ पुनर्गठित कर सकती हैं, और इस पुनर्गठन प्रक्रिया को कम से कम तीन बार दोहराया जा सकता है।

चित्र 2 . का पुनर्निर्माणगुर्दासंरचनाएं। ए ज़ेनोपस भ्रूण के जानवरों की टोपी से प्रोनफ्रोस संरचनाओं की पीढ़ी को दर्शाने वाला एक योजनाबद्ध। बी-डी होल माउंट (बी) और सेक्शन डबल इम्यूनोस्टेनिंग इमेज (सी, डी) एक चरण 42 समकक्ष ज़ेनोपस एक्सप्लांट (बी, सी) और एक चरण 40 लार्वा (डी) एक प्रोनफ्रिक ट्यूबल-विशिष्ट एंटीबॉडी (3जी8, लाल) का उपयोग करते हुए और एक प्रोनफ्रिक डक्ट-विशिष्ट एंटीबॉडी (4A6, नीला)। ई के इन विट्रो पुनर्निर्माण को दर्शाने वाला एक योजनाबद्धगुर्दाhiPSCs से संरचनाएं। f दिन का ट्रिपल इम्यूनोस्टेनिंग 20गुर्दापोडोसाइट्स (PODXL), समीपस्थ नलिकाओं (LTL) और डिस्टल नलिकाओं और एकत्रित नलिकाओं (CDH1; बाएँ) के मार्करों के लिए ऑर्गेनोइड्स, और PODXL और डिस्टल नलिकाओं के चिह्नकों और कलेक्टिंग डक्ट्स (AVPR2) और केवल कोलेटिंग डक्ट्स (CALB1; दाएँ) के लिए ऑर्गेनोइड्स . ध्यान दें कि बाएं पैनल में एलटीएल प्लस समीपस्थ नलिकाओं के कुछ हिस्सों में कमजोर सीडीएच 1 संकेत भी पाए गए थे। जी विवो पुनर्निर्माण में दिखा एक योजनाबद्धगुर्दाhiPSCs से संरचनाएं। h एक कम आवर्धन छवि जो संपूर्ण होस्ट दिखा रही हैगुर्दाऔर hiPSC-व्युत्पन्नगुर्दामेजबान माउस की पूंछ की नस के माध्यम से रोडामाइन बी-संयुग्मित डेक्सट्रान प्रशासन के बाद ग्राफ्ट (हरा)। i रोडामाइन बी-संयुग्मित डेक्सट्रान की पूंछ शिरा इंजेक्शन के बाद एक इंट्राविटल मल्टीफोटोन सूक्ष्म छवि, मेजबान चूहों के पोत लुमेन को दिखाते हुए hiPSC-व्युत्पन्न ग्लोमेरुलस जैसी संरचना (हरा) में प्रवेश करती है। स्केल बार, 100 माइक्रोन इन (बी) - (डी) और (एफ), 500 माइक्रोन इन (एच) और 40 माइक्रोन इन (आई)। (बी) - (डी) और (ई) - (आई) ओसाफ्यून एट अल से अनुकूलित हैं। [22] और सुजिमोटो एट अल। [12], क्रमशः [22]

गुर्दा पुनर्निर्माण पुनर्निर्माण के लिए पहले काम करता हैगुर्दासंरचनाओं ने उभयचर निषेचित अंडों के प्रकल्पित एक्टोडर्म क्षेत्र का उपयोग किया, जिसे एनिमल कैप कहा जाता है, जो एक बहुशक्तिशाली कोशिका द्रव्यमान है (चित्र 2a)। मोरिया एट अल। ने बताया कि एक्टिन ए और रेटिनोइक एसिड (आरए) के साथ कॉम्बीनेटरियल ट्रीटमेंट ने एनिमल कैप को इन विट्रो [20] में प्रोनफ्रिक नलिकाओं में अंतर करने के लिए प्रेरित किया। ब्रेनन एट अल। पता चला कि प्रोनफ्रिक ग्लोमस भी अन्वेषकों [21] में प्रेरित था। हमने प्रदर्शित किया कि प्रेरित उत्खनन में प्रोनफ्रिक नलिकाएं थीं और प्रोनफ्रिक ऊतकों को इन विट्रो [22] (छवि 2 बी-डी) में उभयचर बहुशक्ति कोशिकाओं से पुनर्जीवित किया जा सकता है। हालांकि प्रोनफ्रिक के लिए इन विट्रो पुनर्जनन प्रणालीगुर्देनैदानिक ​​अनुसंधान में सीधे अनुवाद नहीं किया जा सकता है, यह अध्ययन के लिए एक सरल और उपयोगी प्रणाली के रूप में काम कर सकता हैगुर्दाविकास।एमईएससी- और एचपीएससी-व्युत्पन्न एनपीसी से नेफ्रॉन ऑर्गेनोइड्स की पीढ़ी के अलावा और एचपीएससी-व्युत्पन्न यूबी कोशिकाओं से डक्ट ऑर्गेनोइड इकट्ठा करना, जैसा कि ऊपर वर्णित है, टैगुची एट अल। उत्पन्न माउसगुर्दाएमईएससी-व्युत्पन्न एनपीसी और यूबी और माउस भ्रूण से निकाले गए अंतरालीय पूर्वजों को मिलाकर ऑर्गेनोइड्स, जिसमें ग्लोमेरुली होता है,गुर्देनलिकाएं और एकत्रित नलिकाएं [13]। हमने मानव उत्पन्न कियागुर्दाएनपीसी और यूबी कोशिकाओं को सहसंस्कृत करके इन विट्रो में ऑर्गेनोइड्स जो अलग से हायपीएससी से प्रेरित थे और जिसमें एनपीसी-व्युत्पन्न ग्लोमेरुली औरगुर्देनलिकाएं और UB व्युत्पन्न संग्रह नलिकाएं आपस में जुड़ी हुई हैं [12] (चित्र 2e, f)। जब में प्रत्यारोपित किया जाता हैगुर्देइम्युनोडेफिशिएंट चूहों के उपकैप्सुलर स्पेस, ये हाईपीएससी-व्युत्पन्नगुर्दामेजबान चूहों की रक्त वाहिकाओं में एकीकृत ऑर्गेनोइड्स (चित्र 2g-i)।

के उत्थान के संबंध मेंगुर्दाजिन अंगों में मूत्र पथ होता है, प्रायोगिक जानवरों के शरीर का उपयोग करने वाली विधियों, जैसे कि इंटरस्पेसिस ब्लास्टोसिस्ट पूरकता [23] और ऑर्गेनोजेनिक आला विधि [24] की जांच की गई है। गोटो एट अल। एनेफ्रिक Sall1 (-/-) चूहों के ब्लास्टोसिस्ट में जंगली-प्रकार के mESCs को इंजेक्ट किया गया और माउस उत्पन्न करने वाले प्रतिच्छेदन में सफल रहागुर्देमेजबान चूहे में [23]। फुजीमोटो एट अल। एक सेल प्रत्यारोपण विधि विकसित की जिसके माध्यम से hiPSC-व्युत्पन्न NPCs को में प्रत्यारोपित किया गयागुर्दागर्भाशय में माउस भ्रूण का विकास क्षेत्र (यानी ऑर्गेनोजेनिक आला), जिसमें प्रत्यारोपित और मेजबान एनपीसी ने एक साथ काइमेरिक कैप मेसेनचाइम में योगदान दिया, जो मेजबान माउस यूबी [24] से जुड़ा था। हालाँकि, जबकि MM ने ग्लोमेरुली प्राप्त किया औररेनएल ट्यूब्यूल इंजेक्शन पीएससी या एनपीसी से प्राप्त किए गए थे, शेष किडनी-घटक कोशिका प्रकार, जैसे कि यूबी-व्युत्पन्न एकत्रित नलिकाएं और निचले मूत्र पथ और संवहनी कोशिकाएं, इन दो रणनीतियों में मेजबान जानवरों से थीं।

रोग मॉडलिंगIPSC प्रौद्योगिकी ने इन विट्रो रोग मॉडल बनाना संभव बना दिया है, जिसमें रोगी दैहिक कोशिकाओं से प्राप्त रोग-विशिष्ट hiPSCs या स्वस्थ दाताओं से प्राप्त hiPSCs में प्रेरक जीन को संपादित करके रोग फेनोटाइप की नकल करने के लिए घायल सेल प्रकारों में विभेदित किया जाता है [2] ] (चित्र 3क)। फ्रीडमैन एट अल द्वारा पहले का काम। ऑटोसोमल प्रमुख पॉलीसिस्टिक वाले रोगियों से उत्पन्न hiPSCsगुर्दे की बीमारी(ADPKD), जो PKD1 जीन में उत्परिवर्तन के कारण होता है, और पाया गया कि hiPSCs और उनकी विभेदित कोशिकाओं ने पॉलीसिस्टिन 2 का डाउनरेगुलेशन दिखाया, एक उपन्यास तंत्र को स्पष्ट करता है जिसमें PKD1 जीन द्वारा एन्कोडेड पॉलीसिस्टिन 1 पॉलीसिस्टिन 2 [25] की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है। हमारे समूह ने ADPKD रोगियों से hiPSCs उत्पन्न किया, जिनमें इंट्राक्रैनील एन्यूरिज्म के साथ जटिल शामिल हैं, और पुष्टि की कि hiPSCs से अलग संवहनी कोशिकाओं ने ADPKD माउस मॉडल के संवहनी कोशिकाओं के अनुरूप, बाह्य मैट्रिक्स से संबंधित जीन की परिवर्तित इंट्रासेल्युलर कैल्शियम हैंडलिंग और अभिव्यक्ति को दिखाया।गुर्देADPKD रोगियों [26] से प्राप्त पुटी कोशिकाएँ।

hiPSCs से नेफ्रॉन ऑर्गेनोइड्स की पीढ़ी में हालिया प्रगति ने मॉडलिंग को सक्षम किया हैगुर्दाविकार, जैसे नेफ्रोनोफिथिसिस [27], जन्मजात नेफ्रोटिक सिंड्रोम [28] और ऑटोसोमल रिसेसिव पॉलीसिस्टिकगुर्दे की बीमारी(एआरपीकेडी) [29]।गुर्देनेफ्रॉन ऑर्गेनोइड्स का उपयोग करते हुए ADPKD के सिस्ट मॉडल जीन-संपादित होमोजीगस PKD1/2-उत्परिवर्ती hESCs [30] से उत्पन्न किए गए हैं। हालाँकि, उन मॉडलों ने इसका पुनर्पूंजीकरण नहीं कियागुर्देADPKD रोगी-व्युत्पन्न या जीन-संपादित विषमयुग्मजी PKD1-उत्परिवर्ती hiPSCs का उपयोग करते समय ADPKD में देखे गए पुटी फेनोटाइप। इसके विपरीत, हमने हाल ही में ADPKD रोगी व्युत्पन्न और जीन-संपादित विषमयुग्मजी और समयुग्मक दोनों से नेफ्रॉन ऑर्गेनोइड उत्पन्न किए हैं।

अंजीर। 3 रोग-विशिष्ट hiPSCs का उपयोग करके ADPKD मॉडलिंग। ADPKD के लिए एक योजनाबद्ध रोग मॉडलिंग अनुसंधान दिखा रहा है। रोग विशिष्ट hiPSCs ADPKD रोगियों की दैहिक कोशिकाओं या स्वस्थ दाताओं से प्राप्त hiPSCs में जीन संपादन PKD1 / 2 को पुन: उत्पन्न करके प्राप्त किए जाते हैं। ADPKD- विशिष्ट hiPSCs को में विभेदित करके रोग मॉडल उत्पन्न किए जाते हैंगुर्देरोग विश्लेषण और दवा की खोज के लिए ऊतक। b जंगली-प्रकार और जीन-संपादित PKD 1-उत्परिवर्ती hiPSC-व्युत्पन्न के प्रतिनिधि उज्ज्वल-फील किए गए चित्रगुर्दाforskolin उपचार के 7 दिनों के बाद organoids। सी के सिस्टिक क्षेत्रों का परिमाणीकरणगुर्दा(बी) में organoids। डेटा को प्रत्येक में चार प्रतिकृति के साथ तीन स्वतंत्र प्रयोगों के माध्य ± SE के रूप में दर्शाया गया है। **पी<0.005 and=""><0.001 by="" one-way="" anova="" and="" bonferroni's=""  method.="" d="" representative="" bright-feld="" images="" of="" normal="" subject-="" and=""  adpkd="" patient-derived="">गुर्दाforskolin उपचार के 7 दिनों के बाद organoids। ई रोगी-व्युत्पन्न की प्रतिनिधि उज्ज्वल-फेल्ड छवियांगुर्दाफोरस्किन की उपस्थिति में सीएफटीआर इनहिबिटर 172 (100 माइक्रोन) या एवरोलिमस (10 माइक्रोन) के साथ उपचार के 7 दिनों के बाद ऑर्गेनोइड। स्केल बार, 300 माइक्रोन इन (बी), (डी, राइट) और (ई) और 500 माइक्रोन इन (डी, लेफ्ट)। शिमिज़ु एट अल से अनुकूलित । [31]

PKD1-उत्परिवर्ती hiPSCs पुन: पेश करने के लिएगुर्देस्कोलिन उपचार के लिए सिस्ट लीजन्स [31]। ध्यान दें, हमने पुष्टि की है किगुर्देसिस्ट तीनों हाईपीएससी प्रकारों से बन सकते हैं (चित्र 3बी-डी)। इन गुर्दे के सिस्ट ने ADPKD में पुटी के गठन को रोकने के लिए जानी जाने वाली कुछ दवाओं का जवाब दिया, जैसे कि रैपामाइसिन (mTOR) का स्तनधारी लक्ष्य, यह दर्शाता है कि इन मॉडलों का उपयोग दवा यौगिकों को रोकने के लिए किया जा सकता हैगुर्देपुटी का निर्माण [31] (चित्र 3e)। हम वर्तमान में ADPKD के लिए चिकित्सीय दवा की खोज के लिए पुटी मॉडल को संशोधित करके उच्च-थ्रूपुट रासायनिक स्क्रीनिंग सिस्टम स्थापित कर रहे हैं।

गुर्दे की बीमारियों की जटिलताओं को संबोधित करना  पुरानी से जुड़ी प्रमुख जटिलताएंगुर्दे की बीमारी(सीकेडी) में शामिल हैंगुर्देहेमटोपोइएटिक हार्मोन एरिथ्रोपोइटिन (ईपीओ) के अपर्याप्त उत्पादन के कारण एनीमियागुर्दे. यद्यपिगुर्देपुनः संयोजक मानव ईपीओ एजेंटों के आंतरायिक प्रशासन द्वारा एनीमिया का सफलतापूर्वक इलाज किया गया है, अधिक शारीरिक उपचारों की आवश्यकता है। यह देखते हुए कि ईपीओ भ्रूण के चरणों में या वयस्कों में भी गंभीर एनीमिया के मामले में यकृत द्वारा निर्मित होता है, हमने पहले से रिपोर्ट किए गए यकृत अंतर प्रोटोकॉल को संशोधित किया और hiPSCs (hiPSC-EPO कोशिकाओं) से ईपीओ-उत्पादक कोशिकाओं को उत्पन्न करने में सफल रहे। [32 ] (चित्र 4क)। ये हाईपीएससी-ईपीओ कोशिकाएं हाइपोक्सिक उत्तेजनाओं के जवाब में ईपीओ उत्पादन को बढ़ाती हैं, जो कि विवो समकक्षों (छवि 4 बी, सी) में उनकी नकल करती हैं। संस्कृति सतह पर तैरनेवाला में निहित ईपीओ प्रोटीन ने मानव हेमटोपोइएटिक पूर्वजों (छवि 4 डी) का उपयोग करके कॉलोनी बनाने वाली परख के आधार पर एरिथ्रोइड वंशावली पर विभेदन-प्रचार प्रभाव दिखाया। इसके अलावा, इन hiPSC-EPO कोशिकाओं ने सुधार कियागुर्देएडेनिन प्रशासन (छवि 4e) से प्रेरित माउस मॉडल में प्रत्यारोपण के बाद 7 महीने के लिए एनीमिया। इस प्रकार, हायपीएससी-ईपीओ कोशिकाओं का उपयोग उपन्यास दवाओं की खोज करने और गुर्दे की एनीमिया [32] के खिलाफ सेल थेरेपी विकसित करने के लिए किया जा सकता है।

सेल थेरेपीहाईपीएससी-व्युत्पन्न भ्रूण का उपयोग करके सेल थेरेपी की दिशा में अनुसंधानगुर्दापूर्वज किया गया है। के खिलाफ उनकी चिकित्सीय क्षमता की जांच करने के प्रयास मेंगुर्दा रोग, हमने एनपीसी की तरह ट्रांसप्लांट कियागुर्देhiPSCs से हमारे विभेदन विधि के साथ एक्यूट के उप-कैप्सूल में उत्पन्न पूर्वजगुर्दे की चोट(AKI) माउस मॉडल ischemia/reperfusion चोट से प्रेरित, प्रत्यारोपण खोजने से मेजबान चूहों [33] (छवि 5a) में ine (Cre) को काफी दबा दिया। इसके अलावा, उपचार ने एकेआई के कारण होने वाले ऊतकीय क्षति को काफी हद तक ठीक कर दिया, जैसे कि ट्यूबलर नेक्रोसिस (चित्र। 5 बी)। विशेष रूप से, अंतरालीय फाइब्रोसिस, जो पुरानी बीमारी की प्रगति को दर्शाता है, को भी काफी हद तक रोका गया था। प्रत्यारोपित पूर्वजों ने मेजबान में एकीकृत किए बिना AKI में सुधार कियागुर्दाऊतक, यह दर्शाता है कि hiPSC-व्युत्पन्न . से स्रावित रेनोट्रॉफ़िक कारकों द्वारा पैरासरीन प्रभावगुर्देपूर्वज चिकित्सीय लाभों का प्राथमिक कारण हैं। इन कारकों को स्पष्ट करने से एकेआई [33, 34] के खिलाफ एक सेल थेरेपी के साथ-साथ उपन्यास दवाओं के विकास में योगदान होगा।

इमबर्टी एट अल। hiPSC-व्युत्पन्न का उपयोग करके सेल थेरेपी के चिकित्सीय लाभों की भी सूचना दीगुर्देसिस्प्लैटिन-प्रेरित एकेआई माउस मॉडल [35] के खिलाफ पूर्वज। उन्होंने हाईपीएससी-व्युत्पन्न एनपीसी-जैसे इंजेक्शन लगायागुर्देपूंछ नस के माध्यम से एकेआई माउस मॉडल में अपने प्रोटोकॉल के साथ उत्पन्न पूर्वजों। इस प्रत्यारोपण चिकित्सा ने भी एकेआई में उल्लेखनीय रूप से सुधार किया, जैसा कि बीयूएन के स्तर में कमी और ऊतकीय निष्कर्षों से पता चलता है। हालांकि विभेदन प्रोटोकॉल उत्पन्न करने के लिएगुर्देपूर्वज और एकेआई माउस मॉडल अलग थे, इन दो रिपोर्टों ने पहली बार hiPSC-व्युत्पन्न वृक्क पूर्वजों का उपयोग करके सेल थेरेपी के संभावित चिकित्सीय लाभों का प्रदर्शन किया।गुर्दे के रोग।

निष्कर्ष और भविष्य का दृष्टिकोण भ्रूण की पीढ़ी में पर्याप्त प्रगतिगुर्दापूर्वज औरगुर्दाएचपीएससी से ऊतक बनाए गए हैं। हालांकि, नैदानिक ​​​​अनुप्रयोग से पहले दूर करने के लिए बाधाएं हैं। के पुनर्निर्माण के संबंध मेंगुर्दा, बड़े की पीढ़ीगुर्दाऊतक औरगुर्देश्रोणि- और मूत्रवाहिनी जैसी संरचनाएं, जिनमें एकत्रित नलिकाएं एकत्रित होती हैं, हासिल नहीं की गई हैं। इसके अलावा, hiPSC-व्युत्पन्न . का एकीकरणगुर्दाबड़े जहाजों के लिए संरचनाओं की आवश्यकता है। सेल थेरेपी hiPSC-व्युत्पन्न का उपयोग करगुर्देसीकेडी मॉडल के साथ पूर्वजों की भी जांच की जानी चाहिए। अंत में, कुछ के लिए hiPSC- आधारित मॉडल विकसित किए गए हैंगुर्दा रोगADPKD सहित, और उम्मीदवार दवा यौगिकों की पहचान के खिलाफगुर्दा रोगउम्मीद है।

अंजीर। 4 ईपीओ-उत्पादक कोशिकाओं का विभेदन और सेल थेरेपी के खिलाफगुर्देरक्ताल्पता। ईपीओ (हरा) और एएफपी (लाल) के लिए हाईपीएससी-व्युत्पन्न ईपीओ उत्पादक कोशिकाओं (हाईपीएससी-ईपीओ कोशिकाओं) का एक प्रतिरक्षण। बी कम (1 प्रतिशत) और सामान्य ऑक्सीजन (21 प्रतिशत) स्थितियों के तहत सुसंस्कृत हायपीएससी-ईपीओ कोशिकाओं द्वारा ईपीओ एमआरएनए अभिव्यक्ति (बाएं) और प्रोटीन स्राव (दाएं) का समय-पाठ्यक्रम विश्लेषण। ईपीओ एमआरएनए अभिव्यक्ति और प्रोटीन स्राव का विश्लेषण क्रमशः क्यूआरटी-पीसीआर और एलिसा द्वारा किया गया था। c HepG2 कोशिकाओं और hiPSC-EPO कोशिकाओं में EPO mRNA अभिव्यक्ति (बाएं) और प्रोटीन स्राव (दाएं) पर PHD अवरोधकों का प्रभाव। d मिथाइल सेलुलोज-आधारित सेमीसॉलिड माध्यम का उपयोग करके क्लोनोजेनिक हेमटोपोइएटिक पूर्वज assays में पुनः संयोजक मानव ईपीओ (rhEPO; ऊपरी) और hiPSC-EPO प्रोटीन (निचला) से प्रेरित फट-गठन इकाई-एरिथ्रोइड (BFU-E) की प्रतिनिधि छवियां। ई हेमेटोक्रिट मूल्यों का मूल्यांकन hiPSC-EPO कोशिकाओं के एडेनिन-प्रेरित में प्रत्यारोपण के बाद 28 सप्ताह तक किया गया था।गुर्देएनीमिया प्रतिरक्षाविहीन चूहे (NOD. CB17-Prkdcscid/J चूहों)। ग्रे छायांकित क्षेत्र सामान्य हेमटोक्रिट श्रेणियों को इंगित करता है। स्केल बार, 40 माइक्रोन इन (ए) और 200 माइक्रोन इन (डी)। हितोमी एट अल से अनुकूलित । [32]

अभिस्वीकृति लेखक सीआईआरए, क्योटो विश्वविद्यालय के सभी सदस्यों, विशेष रूप से डॉ पीटर कारागियनिस को पांडुलिपि को गंभीर रूप से पढ़ने और संशोधित करने के लिए और सुश्री मिसाकी ओचियुडा को चित्र बनाने के लिए धन्यवाद देना चाहते हैं, और उन लेखकों से क्षमा चाहते हैं जिनके अध्ययन का हवाला नहीं दिया जा सकता है अंतरिक्ष सीमाएं। लेखक के शोध को जापान एजेंसी फॉर मेडिकल रिसर्च एंड डेवलपमेंट (एएमईडी) द्वारा अपने शोध अनुदान "आईपीएस सेल रिसर्च के लिए कोर सेंटर, तकनीकी विकास और रोग-विशिष्ट आईपीएस कोशिकाओं, अनुसंधान का उपयोग करने वाले असाध्य रोग अनुसंधान के लिए त्वरण कार्यक्रम के माध्यम से समर्थित है। पुनर्योजी चिकित्सा की प्राप्ति के लिए केंद्र नेटवर्क"।

नैतिक मानकों का अनुपालन

एक ऐसी स्थिति जिसमें सरकारी अधिकारी का निर्णय उसकी व्यक्तिगत रूचि से प्रभावित होकेओ, आईपीएस पोर्टल, इंक. के वैज्ञानिक सलाहकार बोर्डों के वेतन के बिना एक संस्थापक और सदस्य है, और रेगेनेफ्रो कं, लिमिटेड के संस्थापक और मुख्य वैज्ञानिक सलाहकार हैं।मानव और पशु अधिकारIPSC के साथ सभी प्रयोगों को संस्थागत नैतिकता समितियों द्वारा अनुमोदित किया गया था और संस्थानों के दिशानिर्देशों और हेलसिंकी की घोषणा के अनुसार आयोजित किया गया था। सभी पशु प्रयोगों को संस्थागत पशु प्रयोग समितियों द्वारा अनुमोदित किया गया और संस्थागत दिशानिर्देशों के अनुसार आयोजित किया गया।सूचित सहमतिउन सभी व्यक्तियों से सूचित सहमति प्राप्त की गई थी जिनके अध्ययन में IPSC का उपयोग किया गया था।

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