अमूर्त

पृष्ठभूमि: किडनी स्वास्थ्य के लिए आवश्यक कई कार्यों के साथ एक अत्यधिक जटिल अंग है। गुर्दे की बीमारी तब होती है जब गुर्दे क्षतिग्रस्त हो जाते हैं और ठीक से काम नहीं करते हैं। सिंगल-सेल विश्लेषण एक शक्तिशाली तकनीक है जो सामान्य और असामान्य किडनी सेल प्रकारों में अभूतपूर्व अंतर्दृष्टि प्रदान करती है और सामान्य किडनी रोगों के तंत्र की हमारी समझ को बदल देगी।

सारांश: गुर्दे की बीमारी के रोगजनन के बारे में हमारी समझ गुर्दे के कार्य के लिए जिम्मेदार कोशिकाओं के अपूर्ण आणविक लक्षण वर्णन द्वारा सीमित है। गुर्दा अनुसंधान में एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग ने गुर्दे की बीमारी के विकास और प्रगति में सेलुलर विषमता, जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइल और आणविक गतिशीलता का खुलासा किया है। रीनल ऑर्गेनॉइड और एलोग्राफ़्ट टिश्यू के एकल-कोशिका विश्लेषण ने रीनल ऑर्गोजेनेसिस, रोग तंत्र और चिकित्सीय परिणामों में नई अंतर्दृष्टि प्रदान की है। कुल मिलाकर, गुर्दे की कोशिका विषमता और गुर्दे की बीमारी की आणविक गतिशीलता की बेहतर समझ से नैदानिक ​​​​सटीकता में सुधार होगा और नेफ्रोलॉजी में नई चिकित्सीय रणनीतियों की पहचान करने में मदद मिलेगी।

मुख्य संदेश: इस समीक्षा लेख में, हम गुर्दे की बीमारी पर हाल के एकल-कोशिका अनुसंधान का सार प्रस्तुत करते हैं और बुनियादी और नैदानिक ​​किडनी अनुसंधान पर एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी के प्रभाव पर चर्चा करते हैं।

कीवर्ड

सिंगल-सेल तकनीक; गुर्दा रोग; प्रतिरक्षा कोशिका; गुर्दे का अंग; अललोग्राफ़्ट;धनिया लाभ।

परिचय

गुर्दे दो सेम के आकार के अंग होते हैं जो रक्त में अपशिष्ट, अतिरिक्त पानी और अन्य अशुद्धियों को छानने और मूत्र का उत्पादन करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। गुर्दे पीएच, नमक और पोटेशियम के स्तर और रक्तचाप को भी नियंत्रित करते हैं; लाल रक्त कोशिकाओं के उत्पादन को नियंत्रित करें; और विटामिन डी के एक रूप को सक्रिय करें जो शरीर को कैल्शियम को अवशोषित करने में मदद करता है। आज तक, दुनिया भर में अनुमानित 850 मिलियन लोग गुर्दे की बीमारी से पीड़ित हैं, जिनमें क्रोनिक किडनी रोग (CKD), तीव्र गुर्दे की चोट, गुर्दे की विफलता और कई अन्य स्थितियां शामिल हैं। गुर्दे की बीमारी तब होती है जब गुर्दे क्षतिग्रस्त हो जाते हैं और अपना कार्य करने में असमर्थ हो जाते हैं। नुकसान मधुमेह, उच्च रक्तचाप, और कई अन्य पुरानी (दीर्घकालिक) स्थितियों के कारण हो सकता है। गुर्दे की बीमारी ऑस्टियोपोरोसिस, तंत्रिका क्षति, कुपोषण और हृदय रोग सहित अन्य स्वास्थ्य समस्याओं को जन्म दे सकती है। मरीजों के लिए वर्तमान उपचार रणनीति गुर्दा प्रत्यारोपण या डायलिसिस है, जो महंगा है।

गुर्दे में विभिन्न प्रकार की कोशिकाएं, जिनमें उपकला, थायलाकोइड, एंडोथेलियल और न्यूरोनल कोशिकाएं, साथ ही प्रतिरक्षा सेल नेटवर्क शामिल हैं, गुर्दे के सामान्य कार्य को बनाए रखने के लिए बातचीत करते हैं। स्वस्थ गुर्दे की विषमता और गुर्दे की बीमारी के अंतर्निहित प्रक्रियाओं की गहरी समझ गुर्दे की आणविक और हिस्टोपैथोलॉजिकल फेनोटाइपिक परिभाषा को परिष्कृत करेगी और नए रोग वर्गीकरण के विकास का समर्थन करेगी। गुर्दे की बीमारी की शुरुआत और प्रगति के दौरान सेलुलर उपप्रकारों, राज्यों और आवृत्ति परिवर्तनों की पहचान करने में एकल-कोशिका तकनीक संभावित रूप से लाभप्रद है। हाल के वर्षों में, उच्च-थ्रूपुट सिंगल-सेल आरएनए सीक्वेंसिंग (scRNA-seq) तकनीक के तेजी से विकास के साथ, गुर्दे की सटीक चिकित्सा अनुसंधान के लिए सामान्य किडनी के एक व्यापक सेलुलर एटलस का निर्माण किया गया है। किडनी प्रिसिजन मेडिसिन प्रोजेक्ट (केपीएमपी) मानव किडनी बायोप्सी प्राप्त करने, किडनी टिश्यू एटलस बनाने, रोग उप-जनसंख्या को परिभाषित करने और अंततः नए उपचारों के लिए प्रमुख कोशिकाओं, मार्गों और लक्ष्यों की पहचान करने के लिए विश्व स्तर पर विकसित किया गया था। गुर्दे से जुड़े एकल-कोशिका ट्रांसक्रिप्शनल डेटासेट पर निर्माण करते हुए, शोधकर्ताओं ने रीनल सेल उपप्रकारों में ACE2, TMPRSS2, और SLC6A19 की जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइल का भी विश्लेषण किया, जो गंभीर तीव्र श्वसन सिंड्रोम कोरोनावायरस 2 के रोगजनन को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। इस समीक्षा में, हम (1) एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी के विकास और अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करेंगे, (2) गुर्दे की बीमारियों के विकास और प्रगति का अध्ययन करने के लिए scRNA-seq का उपयोग, (3) गुर्दे की बीमारियों में प्रतिरक्षा कोशिकाओं की आणविक मानचित्रण, ( 4) किडनी जैसे अंगों के लिए स्क्रना-सेक का अनुप्रयोग, और (5) रीनल एलोग्राफ़्ट का गहराई से अध्ययन करने के लिए स्क्रना-सेक का उपयोग (चित्र 1)।

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सिंगल-सेल ट्रांसक्रिप्टोमिक टेक्नोलॉजी का विकास और अनुप्रयोग

एक एकल कोशिका जीवन की मूल इकाई है। एकल-कोशिका विश्लेषण तकनीकों ने कोशिका संरचना की पहचान करने, आणविक गतिशीलता को ट्रैक करने और रोग संबंधी तंत्र को प्रकट करने की हमारी क्षमता में क्रांति ला दी है। माइक्रोएरे और qPCR तकनीकों का उपयोग करके प्रारंभिक वैश्विक एकल-कोशिका जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण किया गया था। टिटजेन एट अल। व्यक्तिगत न्यूरॉन्स और पूर्वज कोशिकाओं के आणविक अभिव्यक्ति प्रोफाइल की निगरानी करने और विभिन्न विकासात्मक चरणों में सिग्नलिंग मार्ग को परिभाषित करने के लिए एकल-कोशिका माइक्रोएरे का उपयोग किया। इसके अलावा, एकल-कोशिका अभिव्यक्ति विश्लेषण ने कई विकासशील सेल उपप्रकारों की पहचान की जिनमें उपन्यास अग्नाशयी जीन हैं, जो अग्नाशयी विकास में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं। इस वर्ग ने एकल-कोशिका qPCR तकनीकों का विकास किया और उन्हें माउस ब्लास्टोसिस्ट विकास और हेमेटोपोएटिक वंशावली भेदभाव में प्रमुख नियामक जीनों के अध्ययन के लिए लागू किया।

अगली पीढ़ी की अनुक्रमण तकनीकों के आगमन के साथ, scRNA-seq ने कम लागत पर एकल कोशिकाओं में अलग-अलग आइसोफॉर्म, युग्मक अभिव्यक्ति और उपन्यास प्रतिलेखों को अलग करने में स्पष्ट लाभ दिखाया है। 2009 में, तांग एट अल। एकल माउस ओसाइट्स या ओसाइट्स में ट्रांसक्रिप्शनल वेरिएंट की जटिलता का प्रदर्शन करते हुए, पहले सिंगल-सेल एमआरएनए पूरे ट्रांसक्रिप्शनल सीक्वेंसिंग की सूचना दी। स्मार्ट-सेक 2012 को एकल कोशिकाओं में पूर्ण लंबाई के प्रतिलेखों का पता लगाने के लिए विकसित किया गया था, और इसे दुर्लभ कोशिकाओं पर लागू करके, शोधकर्ताओं ने मेलेनोमा परिसंचारी ट्यूमर कोशिकाओं के लिए उम्मीदवार बायोमार्कर की पहचान की। एक साल बाद, बेहतर रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन, रीड कवरेज, पूर्वाग्रह और सटीकता के साथ Smart-seq2 पेश किया गया। Smart-seq3 में हाल के घटनाक्रमों ने एलील और आइसोफॉर्म रेजोल्यूशन पर हजारों सिंगल-सेल ट्रांसक्रिप्ट का पता लगाने में इसकी संवेदनशीलता में काफी सुधार किया है। पीसीआर-आधारित प्रवर्धन विधियों के विपरीत, CEL-seq मल्टीप्लेक्स रैखिक प्रवर्धन द्वारा कुशल एकल-कोशिका ट्रांस्क्रिप्टोम को कैप्चर करता है। प्रारंभिक क्रिप्टोबैक्टीरियम हिड्राडेनोमा भ्रूण के विकास का अध्ययन करने के लिए CEL-seq का उपयोग करने वाले एक अध्ययन ने एकल-कोशिका रिज़ॉल्यूशन पर इसके प्रजनन योग्य और संवेदनशील परिणामों का खुलासा किया। scRNA-seq का पहला स्वचालित प्लेटफॉर्म फ्लुइडिग्म C1 है, जो 96 या 384 कक्षों में एकल कोशिकाओं को पकड़ने के लिए एक माइक्रोफ्लुइडिक प्रणाली का उपयोग करता है, इसके बाद सेल लिसिस, रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन और पीसीआर प्रवर्धन होता है।

2015 के बाद से, एकल-कोशिका अनुसंधान ने ड्रॉप-सीक, इनड्रॉप, 10 × जीनोमिक्स, सेक-वेल, माइक्रोवेल-सीक और एसपीएलआईटीएसईसी की निरंतर उपलब्धता के साथ उच्च-थ्रूपुट, कम लागत और स्वचालन के युग में पूरी तरह से प्रवेश किया है। ड्रॉप-सीक और इनड्रॉप अलग-अलग कोशिकाओं को नैनोलीटर के आकार की बूंदों में अलग करते हैं और उन्हें प्रत्येक सेल को लेबल करने के लिए एक अद्वितीय बारकोड के साथ मिलाते हैं। दूसरी ओर, Cyto-seq, Seq-well, और Microwell-seq एक माइक्रोवेल में एक सेल और एक बारकोड बीड को कैप्चर करके उच्च-थ्रूपुट सिंगल-सेल mRNA अनुक्रमण को सक्षम करते हैं। हमारे समूह ने माइक्रोवेल-सेक का उपयोग करके एकल कोशिका स्तर पर पहले माउस सेल एटलस और मानव कोशिका परिदृश्य का निर्माण किया। हाल ही में, उच्च थ्रूपुट और सरल तरीकों को एसपीएलआईटी-सीक्यू और एससीआरएनए-सीक के लिए विज्ञान-आरएनए-सीक कहा जाता है। पूल के विभाजन के कई दौरों के माध्यम से लेबल किए गए कोशिकाओं को बारकोड करने के लिए ये विधियां प्रतिक्रिया कक्ष के रूप में सेल या न्यूक्लियस का उपयोग करती हैं। फिर सभी कोशिकाओं को सीडीएनए पीसीआर प्रवर्धन और अनुक्रमण के अधीन किया जाता है। काओ एट अल। लगभग 2 मिलियन माउस ऑर्गेनोजेनिक कोशिकाओं और 4 मिलियन मानव भ्रूण कोशिकाओं के ट्रांसक्रिप्टोम का विश्लेषण करने के लिए Sci-RNA-seq3 का उपयोग किया, जो स्तनधारी विकासात्मक प्रक्रियाओं का वैश्विक दृष्टिकोण प्रदान करता है। जीनोमिक, प्रोटिओमिक और एपिजेनोमिक विश्लेषणों को कवर करने वाली अन्य एकल-कोशिका प्रौद्योगिकियां भी फली-फूली हैं; हालाँकि, वे इस पेपर के दायरे से बाहर हैं।

गुर्दे की बीमारी की घटना और प्रगति

गुर्दे कई सामान्य और गंभीर बीमारियों से प्रभावित हो सकते हैं, जिनमें तीव्र गुर्दे की चोट, ग्लोमेरुलोनेफ्राइटिस, आरोही संक्रमण (पायलोनेफ्राइटिस) और कैंसर शामिल हैं। कुल मिलाकर, गुर्दे की बीमारी के रोगजनन के बारे में हमारी समझ अंग-विशिष्ट कार्यों के लिए जिम्मेदार कोशिका प्रकारों के अधूरे आणविक लक्षण वर्णन द्वारा सीमित है। इस ज्ञान अंतर को बंद करने के लिए, हमारा समूह और पार्क एट अल। scRNA-seq का उपयोग करके स्वस्थ माउस किडनी के ट्रांसक्रिप्शनल एटलस का निर्माण किया। रीनल यूनिट एपिथेलियल कोशिकाओं के प्रमुख उपप्रकारों में पेडुनकल सेल, प्रॉक्सिमल ट्यूबलर एपिथेलियल सेल, हेन्ले की रिंग, डिस्टल ट्यूब्यूल और डक्ट सेल एकत्रित करना शामिल है। अध्ययन ने डक्टल सेल आबादी को इकट्ठा करने के लिए एक नए प्रवासी सेल प्रकार की पहचान की, जो scRNA-seq अध्ययनों में इंटरकलेटेड कोशिकाओं और प्रमुख कोशिकाओं के बीच इंटरकनवर्जन के पिछले निष्कर्षों की पुष्टि करता है। इसके अलावा, रैंसिक एट अल। पुरुष और महिला वयस्क किडनी का विश्लेषण किया और एकल-कोशिका स्तर पर माउस किडनी तत्वों का एक संरचनात्मक एटलस उत्पन्न किया। हमारे समूह ने मानव भ्रूण और वयस्क गुर्दे के ऊतकों का माइक्रोवेल-सीक विश्लेषण भी किया। ऊतक के भीतर उपकला कोशिकाओं, एंडोथेलियल कोशिकाओं, स्ट्रोमल कोशिकाओं और प्रतिरक्षा कोशिकाओं के अलावा, हमने भ्रूण के गुर्दे में पहले से अनिर्धारित एस-टाइप सोमैटिक सेल प्रकार और वयस्क किडनी में एक नए प्रवासी सेल प्रकार की पहचान की। वृक्कीय संवहनी प्रणाली की एकल-कोशिका आणविक रूपरेखा ने नेफ्रॉन के निर्माण के विशेष अभिव्यक्ति प्रोफाइल का खुलासा किया और गुर्दे की बीमारी के रोगजनन का खुलासा किया। इसके अलावा, सभी प्रकार के ग्लोमेर्युलर कोशिकाओं की पहचान स्वस्थ चूहों और एकल-कोशिका प्रतिलेख क्लस्टरिंग विश्लेषण द्वारा विभिन्न रोग मॉडल से की गई थी, और उपन्यास रोग से संबंधित जीन और विनियामक मार्ग रोग मॉडल में पाए गए थे, जैसे कि नेफ्रोटॉक्सिक प्रतिरक्षा के बाद पोडोसाइट्स में सक्रिय हिप्पो मार्ग चोट।

रेनल फाइब्रोसिस सीकेडी की पहचान है और दुनिया की 10 प्रतिशत से अधिक आबादी को प्रभावित करता है। गुर्दे की फाइब्रोसिस के एक विषम सह-अस्तित्व मॉडल में, क्रमन एट अल। यह पुष्टि करने के लिए scRNA-seq का उपयोग किया गया कि मोनोसाइट्स ने मायोफिब्रोब्लास्ट्स के एक छोटे अनुपात में योगदान दिया, लेकिन यह कि अधिकांश मायोफिब्रोब्लास्ट्स मेसेनकाइमल कोशिकाओं से प्राप्त किए गए थे। इसके बाद, कुप्पे एट अल। [37] समीपस्थ और गैर-समीपस्थ नलिकाओं से लगभग 135, 000 कोशिकाओं के प्रतिलेख का विश्लेषण किया और आगे मान्य किया कि MSCs के विभिन्न आइसोफोर्म मानव गुर्दे की फाइब्रोसिस में प्रमुख योगदानकर्ता हैं। इसके अलावा, स्वस्थ और फाइब्रोटिक रीनल मोनोसाइट्स के तुलनात्मक विश्लेषण में, एक मायोफिब्रोब्लास्ट-विशिष्ट जीन, नग्न केराटिनोसाइट होमोलॉग 2 (एनकेडी2) की पहचान मानव रीनल फाइब्रोसिस के संभावित चिकित्सीय लक्ष्य के रूप में की गई थी। 402 किडनी बायोप्सी के आधार पर, सीकेडी के रोगियों में यूरिनरी फाइब्रिनोजेन को गैर-इनवेसिव बायोमार्कर के रूप में भविष्यवाणी की गई है।

मानकीकृत सिस्टंच

डायबिटिक नेफ्रोपैथी (डीएन) को ग्लोमेरुली और ट्यूबलर इंटरस्टिटियम को एक साथ नुकसान की विशेषता है। हालांकि, बीमारी की शुरुआत और जीन अभिव्यक्ति की प्रगति के साथ सेलुलर स्थिति और आवृत्ति कैसे बदलती है, इसके बारे में अपेक्षाकृत कम जानकारी है। माउस डीएन, फू एट अल में ग्लोमेरुलर सेल जीन अभिव्यक्ति में परिवर्तन को स्पष्ट करने के लिए। scRNA-seq विश्लेषण किया और Magi2, Robo2, Ramp3, और Fabp4 सहित ग्लोमेरुलर कोशिकाओं के कई उपन्यास संभावित मार्करों की पहचान की। डायबिटिक नेफ्रोपैथी (DKDs) में, एंजियोजेनिक और प्रवासी मार्गों के नियमन को एंडोथेलियल कोशिकाओं में बदल दिया जाता है, जबकि अनुवाद और प्रोटीन-स्थिर नियामक मार्ग थायलाकोइड कोशिकाओं में अत्यधिक समृद्ध होते हैं। कुल मिलाकर, एंडोथेलियल और थायलाकोइड कोशिकाओं के आणविक गतिशीलता में परिवर्तन डीएन प्रगति में योगदान करने वाले महत्वपूर्ण पैथोफिजियोलॉजिकल कारकों की पहचान करने में मदद करेगा। चुंग एट अल। मधुमेह मेलेटस के एक माउस मॉडल में ग्लोमेरुली के एकल-कोशिका प्रतिलेख को दर्शाया गया है। नियंत्रण की तुलना में ओब / ओब चूहों के थायलाकोइड और पोडोसाइट्स में जीन अभिव्यक्ति को बदल दिया गया था। प्रोलिफ़ेरेटिव पाथवे को थायलाकोइड कोशिकाओं में प्रेरित किया गया था और सेल नंबर अनुपात में परिवर्तन के अनुरूप पोडोसाइट्स में सेल डेथ से संबंधित रास्ते प्रेरित किए गए थे। प्रकाशित DKD scRNA-seq डेटासेट के व्यापक विश्लेषण ने 17 प्रमुख जीनों की पहचान की, जो DKDs के रोगजनन में अंतर्निहित आणविक तंत्र की हमारी समझ को समृद्ध करते हैं। इसके अलावा, क्रायोप्रिजर्व्ड ह्यूमन डायबिटिक किडनी सैंपल के निष्पक्ष सिंगल न्यूक्लियस आरएनए सीक्वेंसिंग (एसएनआरएनए-सीक्यू) से तीन कंट्रोल और तीन शुरुआती डीएन सैंपल से 23,980 ट्रांसक्रिप्टोम निकले। परिणामों ने मानव डीएन में पोटेशियम स्राव में वृद्धि का सुझाव देते हुए जीन अभिव्यक्ति में सेल प्रकार-विशिष्ट परिवर्तन दिखाए। वयस्क माउस किडनी में scRNA-seq और snRNA-seq की तुलना करने वाले पिछले अध्ययन से पता चला है कि बाद वाले में अधिक कुशल कैप्चर क्षमता थी। उदाहरण के लिए, ग्लोमेरुलर पोडोसाइट्स, थायलाकोइड कोशिकाएं, और एंडोथेलियल कोशिकाओं को स्क्रैना-सीक के बजाय एसएनआरएनए-सीक द्वारा कब्जा कर लिया गया था। SnRNA-seq का अनुप्रयोग एंजाइमेटिक पाचन के छद्म प्रभावों को कम करता है और जमे हुए नमूनों पर किया जा सकता है, जिससे विभिन्न गुर्दे की बीमारियों में पैथोलॉजिकल तंत्र के अध्ययन में तेजी लाने के लिए व्यापक आवेदन की उम्मीद है।

एक सटीक कोशिकीय प्रतिलेख वृक्क ट्यूमर कोशिकाओं की उत्पत्ति और घातक परिवर्तन का समर्थन करने वाले ट्रांसक्रिप्शनल ट्रैजेक्टोरियों को प्रकट कर सकता है। युवा एट अल। 72,501 एकल-कोशिका प्रतिलेखों की सूची से परिभाषित सामान्य और कैंसरग्रस्त मानव वृक्क कोशिका प्रकार। गुर्दे के कैंसर कोशिकाओं (आरसीसी) के विशिष्ट सामान्य सेलुलर सहसंबंधों की पहचान करके, एक अध्ययन ने परिकल्पना के लिए साक्ष्य प्रदान किया कि विल्म्स ट्यूमर कोशिकाएं असामान्य भ्रूण कोशिकाएं हैं और आरसीसी समीपस्थ ट्यूबलर कोशिकाओं के अल्प-ज्ञात उपप्रकार से उत्पन्न हो सकती हैं। इस प्रकार, scRNA-seq सटीक मात्रात्मक सेलुलर आणविक संकल्प के साथ मानव गुर्दे की कैंसर कोशिकाओं को चिह्नित करने के लिए एक स्केलेबल प्रयोगात्मक रणनीति प्रदान करता है।

गुर्दे की बीमारी में प्रतिरक्षा कोशिकाओं का आणविक एटलस

प्रतिरक्षा कोशिकाएं मानव ऊतकों का एक मूलभूत घटक हैं और शारीरिक और रोग संबंधी चयापचय में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। दरअसल, रोगजनक या खतरे के संकेतों या घातक कोशिकाओं को पहचानने की प्रतिरक्षा प्रणाली की क्षमता महत्वपूर्ण है। गुर्दे की प्रतिरक्षा कोशिकाओं के अध्ययन के लिए एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग में स्वस्थ गुर्दे और रोग के रोगजनन में प्रतिरक्षा प्रणाली की भूमिका की बेहतर समझ की सुविधा के साथ-साथ नई चिकित्सीय रणनीतियों की पहचान करने की क्षमता है। ये प्रयास गुर्दे के भीतर जटिल प्रतिरक्षा परिदृश्य को मैप करने के लिए शुरू हो रहे हैं और ऊतक-निवासी प्रतिरक्षा कोशिकाओं और उनके पारस्परिक रूप से सक्रिय पड़ोसियों के बीच संबंधों को प्रकट करते हैं।

2018 में, माउस किडनी टिश्यू में scRNA-seq के अनुप्रयोग ने निवासी मैक्रोफेज, न्यूट्रोफिल, बी और टी लिम्फोसाइट्स और एनके कोशिकाओं सहित एक व्यापक प्रतिरक्षा सेल परिदृश्य प्रदान किया। एक साल बाद, मानव गुर्दे की प्रतिरक्षा कोशिकाओं के स्पोटियोटेम्पोरल संगठन का एक अभूतपूर्व एकल-कोशिका अध्ययन स्थापित किया गया था। भ्रूण और वयस्क गुर्दे में ऊतक-निवासी माइलॉयड और लिम्फोइड प्रतिरक्षा सेल नेटवर्क की पहचान की गई थी, और अध्ययन ने जन्म के बाद प्राप्त ट्रांसक्रिप्शनल कार्यक्रमों की पहचान की जो संक्रमण से बचाव को बढ़ावा देते हैं। इसके अलावा, गुर्दे के सबसे अतिसंवेदनशील क्षेत्रों में जीवाणुरोधी मैक्रोफेज और न्यूट्रोफिल की भर्ती के लिए परिपक्व किडनी उपकला कोशिकाओं और प्रतिरक्षा कोशिकाओं के बीच क्रॉस-टॉक की भविष्यवाणी की गई थी। कुल मिलाकर, गुर्दे का व्यापक प्रतिरक्षा परिदृश्य रोगजनक तंत्र के अध्ययन और प्रतिरक्षा और संक्रामक किडनी रोगों में चिकित्सीय लक्ष्यों की पहचान में योगदान देता है।

ल्यूपस नेफ्रैटिस (एलएन) एक संभावित घातक ऑटोइम्यून बीमारी है जिसके लिए वर्तमान उपचार अप्रभावी और अक्सर विषाक्त होते हैं। गुर्दे की क्षति और एलएन की विषमता के लिए अग्रणी आणविक और सेलुलर प्रक्रियाएं अस्पष्ट रहती हैं। scRNA-seq का उपयोग अराज़ी एट अल द्वारा किया गया था। एलएन रोगियों में माइलॉयड, टी, प्राकृतिक हत्यारे और बी कोशिकाओं के 21 रोग-विशिष्ट उप-योगों की पहचान करने के लिए। इसी तरह, डेर एट अल। LN रोगियों के गुर्दे और त्वचा की बायोप्सी के ऊतकों पर scRNA-seq लागू किया। स्वस्थ नियंत्रण की तुलना में एलएन रोगियों में टाइप I इंटरफेरॉन प्रतिक्रिया स्कोर ट्यूबलर उपकला कोशिकाओं के उच्च होने की सूचना दी गई थी। इसके अलावा, ट्यूबलर कोशिकाओं की भड़काऊ और फाइब्रोटिक विशेषताएं उपचार की अप्रभावीता से जुड़ी थीं। DKD में, scRNA-seq विश्लेषण ने डायबिटिक ग्लोमेरुली में नियंत्रण की तुलना में काफी अधिक संख्या में प्रतिरक्षा कोशिकाओं को दिखाया। इन अध्ययनों से पता चलता है कि मूत्र, त्वचा और गुर्दे में प्रतिरक्षा कोशिकाओं की जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइल अत्यधिक सहसंबद्ध हैं, यह सुझाव देते हुए कि मूत्र और त्वचा की बायोप्सी गुर्दे की बीमारी के लिए नैदानिक ​​​​और भविष्यसूचक मार्करों का एक संभावित स्रोत हो सकती है।

हाल के अध्ययनों ने एकल-कोशिका संकल्प के साथ गुर्दे की बीमारी के मॉडल में प्रतिरक्षा कोशिकाओं की भूमिका का प्रदर्शन किया है। वृक्कीय अंतरालीय फाइब्रोसिस के लिए एकतरफा मूत्रवाहिनी बाधा मॉडल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहां मैक्रोफेज और भड़काऊ कोशिकाएं गुर्दे के इंटरस्टिटियम में घुसपैठ करती हैं, जिससे गुर्दे के हेमोडायनामिक्स और चयापचय में चिह्नित परिवर्तन होते हैं। scRNA-seq का उपयोग प्रतिवर्ती एकतरफा मूत्रवाहिनी अवरोध मॉडल में फाइब्रोसिस प्रगति और प्रतिगमन के दौरान माइलॉयड सेल परिदृश्य को विच्छेदित करने के लिए किया गया है। कोनवे एट अल। माइलॉयड कोशिकाओं में विषमता का पता चला है, उप-जनसंख्या के सापेक्ष अनुपात में गतिशील परिवर्तन के साथ, मोनोसाइट्स को चोट में जल्दी भर्ती किया जाता है, Ccr2 प्लस मैक्रोफेज चोट में देर से जमा होते हैं, और Mmp12 प्लस मैक्रोफेज का एक नया क्लस्टर मरम्मत प्रक्रिया में भूमिका निभाता है। गुर्दे की बीमारी और प्रत्यारोपण में, इस्किमिया-रीपरफ्यूजन चोट (IRI) सूजन और ल्यूकोसाइट भर्ती से जुड़ी है। आईआरआई के प्रायोगिक मॉडल का उपयोग गुर्दे में जन्मजात लिम्फोइड जैसी कोशिकाओं के 2 समूहों की कार्यात्मक भूमिका का आकलन करने के लिए किया गया था, और आंकड़े बताते हैं कि इन कोशिकाओं के गुर्दे की चोट में अनावश्यक कार्य हैं। रीनल ट्रांसप्लांट IRI मॉडल, क्रेमन एट अल के लिए scRNA-seq को लागू करके। पाया गया कि बाद में CXCR5 प्लस ल्यूकोसाइट घुसपैठ के परिणामस्वरूप उन्नत प्रणालीगत CXCL13 स्तर हुआ। knRNA-seq को Kirita et al द्वारा एक IRI माउस मॉडल पर भी लागू किया गया था। चोट के बाद विस्तृत सेलुलर प्रतिक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए और एक अलग प्रो-इंफ्लेमेटरी और प्रो-फाइब्रोटिक प्रॉक्सिमल ट्यूब्यूल सेल स्टेट की पहचान करने के लिए। यूरिक एसिड, प्यूरीन चयापचय का अंतिम ऑक्सीकरण उत्पाद, कई रोग मॉडल में गुर्दे की सूजन से निकटता से जुड़ा हुआ है। उदाहरण के लिए, NLRP3 (NOD-, LRR-, और पाइरिन युक्त संरचनात्मक डोमेन 3) यूरिक एसिड की अधिकता के संकेतों को महसूस करता है, और हाइपर्यूरिसेमिक नेफ्रोपैथी में भड़काऊ पुटिकाओं को सक्रिय करता है। हालांकि, हाइपरयुरिसीमिया-प्रेरित गुर्दे की चोट के अंतर्निहित विशिष्ट प्रतिरक्षा तंत्र ज्ञात नहीं हैं। हाइपरयुरिसीमिया-प्रेरित गुर्दे की चोट के एक मॉडल में एकल-कोशिका स्तर पर एक भड़काऊ शरीर परिदृश्य का निर्माण निकट भविष्य में महसूस होने की उम्मीद है।

प्रतिरक्षा घुसपैठ गुर्दे के ट्यूमर के भीतर मौजूद है और ट्यूमर माइक्रोएन्वायरमेंट से प्रभावित होता है। एक पिछले अध्ययन से पता चला है कि ट्यूमर-घुसपैठ करने वाली मैक्रोफेज आबादी संवहनी एंडोथेलियल ग्रोथ फैक्टर ए को व्यक्त करती है और आरसीसी ऊतक में जटिल वीईजीएफ़ सिग्नलिंग मार्ग में शामिल होती है। वर्तमान अध्ययन दर्शाता है कि scRNA-seq ट्यूमरजेनिसिस को संबोधित कर सकता है और पुटेटिव पैथोफिजियोलॉजिकल मैकेनिज्म और सेलुलर सिग्नलिंग नेटवर्क की पहचान कर सकता है जो ड्रग थेरेपी के लिए लक्ष्य के रूप में काम कर सकता है। कुल मिलाकर, अध्ययन scRNAseq में प्रगति पर प्रकाश डालता है जो प्रतिरक्षा प्रणाली और स्वस्थ और रोगग्रस्त गुर्दे में काम करने वाले सेलुलर नेटवर्क में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

हर्बल सिस्टंच

किडनी ऑर्गेनोइड्स के लिए scRNA-seq का अनुप्रयोग

रोगग्रस्त गुर्दे के ऊतकों के अध्ययन के अलावा, गुर्दे के ऑर्गेनोइड ऑर्गोजेनेसिस और रोग तंत्र के अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गए हैं, और वैकल्पिक ऊतकों के स्रोत के रूप में चिकित्सा के विकास में तेजी लाने की क्षमता रखते हैं। समानांतर में, scRNA-seq में प्रगति ने गुर्दे जैसे अंगों में विभिन्न सेलुलर उप-जनसंख्या और जीन अभिव्यक्ति परिवर्तनों का अधिक विस्तृत विश्लेषण किया है।

कुल मिलाकर, किडनी जैसे अंगों की परिपक्वता को निर्देशित करने के लिए एकल-कोशिका स्तर पर किडनी भ्रूण के विकास की बेहतर समझ आवश्यक है। मानव भ्रूण के गुर्दे के एकल-कोशिका ट्रांसक्रिप्टोमिक्स अध्ययनों ने 22 प्रकार की कोशिकाओं और संबंधित मार्कर जीनों की पहचान की है।

विभिन्न विकासात्मक चरणों की तुलना पैर की कोशिकाओं की आणविक गतिकी की निरंतरता को दर्शाती है। एक अन्य एकल-कोशिका विश्लेषण मानव भ्रूण के गुर्दे और भ्रूण के स्टेम सेल-व्युत्पन्न गुर्दे जैसे अंगों पर किया गया था। गुर्दे में एकल-कोशिका विकासात्मक प्रक्षेपवक्रों के तुलनात्मक विश्लेषण से विवो और इन विट्रो में समान जीन अभिव्यक्ति प्रोफाइल का पता चला, देर-चरण पोडोसाइट्स को छोड़कर, पोडोसाइट-जैसे अंगों की अपूर्ण परिपक्वता प्रक्रिया का सुझाव देते हुए। प्रत्यारोपण प्रयोग आगे सुझाव देते हैं कि थायलाकोइड और संवहनी लुमेन को ऑर्गेनॉइड मॉडल का उपयोग करके अनुकूलित किया जा सकता है। रीनल ऑर्गेनॉइड उत्पन्न करने के लिए पोस्टीरियर रीनल मेसेनकाइमल और यूरेटरल बड-जैसी कोशिकाओं का उपयोग करके हाल ही में किए गए एक अध्ययन से पता चला है कि scRNA-seq ने प्रॉक्सिमल ट्यूब्यूल परिपक्वता में सुधार किया और ऑफ-टारगेट सेल आबादी को कम किया। सुब्रमण्यन एट अल द्वारा मानव प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल (PSC)-व्युत्पन्न रीनल ऑर्गेनॉइड का scRNA-seq विश्लेषण किया गया था। और वू एट अल। मानव भ्रूण और वयस्क गुर्दे के एकल-कोशिका डेटासेट की तुलना में, अलग-अलग गुर्दे जैसे अंगों ने बड़े पैमाने पर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य कोशिका प्रकार दिखाए, लेकिन ऑफ-टारगेट कोशिकाओं की उपस्थिति के कारण विभिन्न कोशिका अनुपातों के साथ। इसके अलावा, प्रतिलेखन कारक नेटवर्क विश्लेषण ने गुर्दे के ऑर्गेनॉइड विभेदन मार्गों का खुलासा किया, जो ऑर्गेनॉइड भेदभाव को चिह्नित करने और मार्गदर्शन करने में एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी की शक्ति को उजागर करता है।

अंत में, मानव किडनी जैसे अंग खनन रोग मॉडल, संभावित नियामक तंत्र, उच्च-थ्रूपुट ड्रग स्क्रीनिंग और अंततः पुनर्योजी उपचारों के लिए एक उपयोगी संसाधन हैं। ये अध्ययन विवो फिजियोलॉजिकल और पैथोलॉजिकल प्रक्रियाओं को स्पष्ट करने के लिए रेनल मॉडल सिस्टम में scRNA-seq के संभावित उपयोग पर प्रकाश डालते हैं और गुर्दे की बीमारियों के निदान और उपचार में भविष्य के अनुसंधान के लिए मार्गदर्शन प्रदान करते हैं।

ScRNA-seq द्वारा किडनी एलोग्राफ़्ट्स में अंतर्दृष्टि

एलोजेनिक गुर्दा प्रत्यारोपण अंत-चरण गुर्दे की बीमारी के लिए सबसे प्रभावी नैदानिक ​​​​उपचारों में से एक है। एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी, एलोजेनिक प्रत्यारोपण के बाद मानव बायोप्सी नमूनों का उपयोग करके गुर्दे की कोशिका के प्रकार और स्थिति को सटीक और सटीक रूप से चिह्नित करने का अवसर प्रदान करती है। वृक्क प्रत्यारोपण बायोप्सी नमूनों की पहली प्रकाशित रिपोर्ट ने 8746 एकल-कोशिका प्रतिलेखों का विश्लेषण किया और विशिष्ट भड़काऊ प्रतिक्रियाओं को परिभाषित किया। मोनोसाइट्स ने गैर-शास्त्रीय CD16 प्लस समूह और शास्त्रीय CD 16- समूह का गठन किया; एंडोथेलियल कोशिकाओं ने एक आराम की स्थिति और 2 एंटीबॉडी-मध्यस्थता अस्वीकृति राज्यों को प्रस्तुत किया। ये निष्कर्ष गुर्दा प्रत्यारोपण में प्रतिरक्षा अस्वीकृति की हमारी बेहतर समझ में योगदान करते हैं। प्राप्तकर्ता और दाता स्रोतों से गुर्दे के मोनोसाइट्स के एक तुलनात्मक अध्ययन में, गुर्दे की बायोप्सी नमूनों ने महत्वपूर्ण रूप से भिन्न ट्रांसक्रिप्शनल जीन अभिव्यक्ति दिखाई। प्राप्तकर्ताओं में सूजन-सक्रिय मैक्रोफेज और साइटोटॉक्सिक रूप से व्यक्त टी कोशिकाएं देखी गईं। इसी तरह, लियू एट अल। क्रोनिक रीनल ट्रांसप्लांट रिजेक्शन से कोशिकाओं का विश्लेषण किया और एकल-कोशिका स्तर पर स्वस्थ वयस्क किडनी का मिलान किया। अनियंत्रित क्लस्टरिंग विश्लेषण से पता चला है कि क्रोनिक रीनल ट्रांसप्लांट रिजेक्शन ग्रुप में इम्यून सेल्स और मायोफिब्रोब्लास्ट्स की बढ़ी हुई संख्या रीनल रिजेक्शन और फाइब्रोसिस में योगदान कर सकती है। विशेष रूप से, हाल ही के एक अध्ययन में वयस्क मूत्र के पहले एकल-कोशिका एटलस को दर्शाया गया है और मूत्र में SOX9 प्लस वृक्कीय स्टेम/पूर्वज कोशिका आबादी की पहचान की गई है। ट्यूबलर कोशिकाओं के कुछ गुणों को प्राप्त करने और भविष्य के गुर्दे प्रत्यारोपण चिकित्सा के लिए एक संभावित उपयोगी संसाधन प्रदान करने के लिए पूर्वज कोशिकाओं ने विवो में सफलतापूर्वक प्रसार और विभेदित किया। कुल मिलाकर, scRNA-seq तकनीक मानव गुर्दा प्रत्यारोपण अस्वीकृति में उपन्यास और व्यावहारिक अंतर्दृष्टि प्रदान करती है, अंततः नैदानिक ​​​​सटीकता में सुधार करती है और आणविक बायोप्सी व्याख्या को अपनाने में तेजी लाती है।

Cistanche की खुराक

निष्कर्ष

पिछले एक दशक में, scRNA-seq शारीरिक जीव विज्ञान का अध्ययन करने और रोग में आणविक नियामक असामान्यताओं की पहचान करने के लिए ट्रांसक्रिप्टोम-वाइड डिफरेंशियल जीन एक्सप्रेशन विश्लेषण के लिए एक अनिवार्य उपकरण बन गया है। पारंपरिक असतत फेनोटाइप के विपरीत, एकल-कोशिका स्तर पर आणविक लक्षण वर्णन वृक्क रोग फेनोटाइप को चिह्नित करने के लिए एक व्यवस्थित मानक प्रदान कर सकता है। स्वस्थ गुर्दा ऊतक या नैदानिक ​​गुर्दा बायोप्सी नमूनों में एकल-कोशिका प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग गुर्दे का एक व्यापक आणविक एटलस प्रदान करता है और नेफ्रोलॉजी की हमारी समझ को व्यापक बनाता है। रीनल सिंगल सेल एटलस मानव कोशिका एटलस के अंतर्राष्ट्रीय कार्य का एक अभिन्न अंग होगा, जिसका उद्देश्य मानव शरीर का एक व्यापक और व्यवस्थित संदर्भ मानचित्र तैयार करना है। भविष्य के अध्ययनों में, सिंगल-सेल अल्ट्रा-हाई-थ्रूपुट और स्थानिक ट्रांस्क्रिप्टोम विश्लेषण से गुर्दे की हमारी समझ का विस्तार होने की उम्मीद है। मल्टी-ओमिक्स डेटा के एकीकरण से गुर्दे की बीमारियों के व्यक्तिगत निदान और उपचार में और सुधार होगा।

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मेंगमेंग जियांग^a,b; हाइड चेन^{b, c}; गुओजी गुओ^{a, b, c, d, e}

ए: लियांगझू प्रयोगशाला, झेजियांग यूनिवर्सिटी मेडिकल सेंटर, हांग्जो, चीन;

बी: सेंटर फॉर स्टेम सेल एंड रीजनरेटिव मेडिसिन, झेजियांग यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन, हांग्जो, चीन;

सी: ऊतक इंजीनियरिंग और पुनर्योजी चिकित्सा के लिए झेजियांग प्रांतीय कुंजी प्रयोगशाला, डॉ. ली डाक सम और यिप यिओ चिन, स्टेम सेल और पुनर्योजी चिकित्सा केंद्र, हांग्जो, चीन;

डी: बोन मैरो ट्रांसप्लांटेशन सेंटर, द फर्स्ट एफिलिएटेड हॉस्पिटल, झेजियांग यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन, हांग्जो, चीन;

ई: हेमेटोलॉजी संस्थान, झेजियांग विश्वविद्यालय, हांग्जो, चीन