인간 신장 관형 배양은 신장 생리학 및 질병을 공부하는 중요한 체외 모형을 나타냅니다. Tubuloids는 신장 조직 (건강하고 병은) 뿐만 아니라 소변에서 설치될 수 있고, 후자는 연구 자료의 쉽게 얻을 수 있고 덜 침습적인 근원을 나타내는.
성인 줄기 세포 (ASC)유래 인간 신장 상피 오르가노이드, 또는 tubuloids, 높은 효율과 건강하고 병든 신장 상피에서 확립 될 수있다. 정상적인 신장 관형은 기원의 그들의 조직의 많은 양상을 회상합니다. 그(것)들은 명백한 신장 분단을 나타냅니다 – 근위 관의 특히, Henle의 루프, 단위 tubule 및 수집 덕트 – 및 일반적인 신장 생리학을 공부하는 데 이용될 수 있습니다. 또한, 튜블러이드 기술은 전염병뿐만 아니라 암에 대한 질병 모델링을 용이하게합니다. 튜룰로이드 생성을 위한 신장 상피 세포를 얻는 것은, 그러나, 남은 외과 물질 (부분적인) 신장 절제술) 또는 바늘 생검에 의존합니다. 소변에서 tubuloids를 성장 하는 능력 대체 제공할 것 이다, 건강 한 신장 상피 세포의 덜 침습적인 소스. 그것은 이전에 tubuloid 배양은 성공적으로 갓 수집 된 소변의 단지 몇 밀리리터에서 생성 될 수 있음을 보여 주었다. 이 문서에서는 조직 및 소변 샘플에서 ASC 유래 인간 신장 tubuloid 배양을 생성하고 전파하는 프로토콜을 설명합니다.
신장은 체액의 균형을 체계적으로 제어하는 기능을 수행합니다. 그들의 생리적 기능의 손상은 당뇨병, 고혈압 및 약물 유발 독성1을포함한 다른 요인에 의해 발생할 수 있다. 신장 질환의 발달뿐만 아니라 정상적인 신장 생리학에 대한 더 나은 이해를 위해 대표적인 전임상 모델의 사용이 중요합니다. 최근 몇 년 동안, 몇몇 체외 신장 모형은 소위 오르가노이드 기술2에근거하여 생성되었습니다. 오르가노이드는 3차원, 다세포 구조는 그들이 유래하는 조직의 형태학 및 생리학 (정상 또는 병) 닮은 다세포 구조물입니다. 그들은 다능성 (PSC) 또는 성인 줄기 세포 (ASC)에서 생성 될 수 있습니다, 각각 자신의 특성과 응용 프로그램과 함께.
PSC 유래 신장 오르가노이드는 신뢰 발생3,4,5를모방한다. 그(것)들은 또한 강제적인 분화 (유도된 자성분성 또는 iPSC)에 의해 환자 유래 저지른 세포에서 설치될 수 있습니다. iPSC는 이후에 신장의 기능성 단위인 네프론의 상이한 세포 유형으로 특정 성장 인자 칵테일에 적시에 노출함으로써 분화될 수 있다. 접시에 다소 완전한 미니 오르간을 만드는 동안, 그들의 설립은 시간이 많이 소요남아, 리프로그래밍 프로토콜로 인해, iPSC는 원치 않는 유전불안정6에취약 할 수 있습니다. 더욱이, iPSC 오르가노이드는 성인 신장 세포로 완전히 성숙할 수 없으며, 초기 발달 단계7에서태아 신장과 유사한 전사성 프로파일을 드러낸다.
ASC 유래 인간 신장 관형은 성인 신장 상피의 갱신을 recapiuure 것으로 나타났습니다. 그들은 주로 상이한 수송단백질8,9,10의발현에 의해 확인된 바와 같이, 주로 근접 튜블러, 헨레의 루프, 말단 튜블러 및 수집 덕트를 나타낸다. tubuloid 배양 프로토콜은 안정적인 게놈을 유지하면서 환자 유래 신장 조직의 신속한 확장을 허용합니다. 연구 응용 분야에는 정상적인 신장 생리학, 신증후군, 약물 검사, 질병 모델링8,10,11,12를 연구하는 것이 포함됩니다. tubuloids를 포함하여 환자 유래 오르가노이드 배양의 설치의 잠재적인 한계는, 신선한 조직의 가용성입니다. 그러나, 몇몇 보고는 소변이 신장 상피 세포를 위한 근원역할을 할 수 있다는 것을 보여주었습니다, 따라서 tubuloid 배양에 대한 환자 물질을 얻기 위하여 훨씬 간단하고, 덜 침습적인 전략을 제공하는8,13,14. 실제로, 최근에는 튜블러노이드가 소변8에서재배될 수 있음을 보여주었습니다. 이 문서는 신장 조직과 소변에서 tubuloid 문화의 설립 및 유지 보수를 설명합니다.
오르가노이드는 파생된 조직의 아바타로 간주됩니다. 그들은 기원15의조직의 지색및 현상특성을 유지하면서 환자 물질의 신속한 확장을 허용한다. Organoid 기술은 최근에 벤치에서 침대 옆으로 결과를 번역하는 중요한 도구로 사용할 수있는 보다 대표적인 전임상 모델의 개발을위한 문을 열었습니다. 신장 관형은 약물 유발 신증후군을 시험하기 위한 체외 모델, 많은 화학요법 약물의 일반적인 부작용2,8,12에유망하다. 이와 같이, 환자 유래 종양오르가노이드 배양은치료(16,17,18)에대한 환자 반응을 예측하는 것으로 입증되었다. 따라서 tubuloids에 높은 처리량 방식으로 약물을 테스트하면 잠재적으로 치료 창의 더 나은 정의를 허용하고 환자에서 약물 유발 신장 독성의 위험을 감소시면 됩니다.
일반적으로 사용되는 항생제는신장(19)에독성 효과를 발휘하기 위해 기재되었다. 광범위 한 항생제의 존재는 오염을 방지 하 여 문화의 성공적인 설립에 필요한, 그들의 잠재적인 신 독성을 고려 하는 것이 중요 하다. 항생제의 부정적인 영향은 tubuloid 문화의 설립에 관찰되지 않았지만, 철저하게 자신의 효과를 평가하기 위해 추가 조사가 필요합니다. 튜블러로이드는 질병을 연구하고 모델링하기 위해 악용 될 수있다8. Ciliopathies (섬모의 병리학 적 기능 장애) 뿐만 아니라 신장에 영향을 미치는 다른 유전 증후군은 영향을받는 과목에서 직접 tubuloid 라인을 생성하거나, 질병 특정 드라이버 돌연변이가 CRISPR / Cas9 게놈 편집20을통해 도입 될 수있는 건강한 배양을 사용하여 연구 될 수있다.
관형은 다세포 신장 배양이지만, 그들은 여러 신장 세포 유형이 부족, podocytes 및 내피 세포를 포함8. 또한, 다른 ASC 유래 오르가노이드 모델과 는 달리, tubuloids는 약 15개의 통로를 위해 배양될 수 있기 때문에 제한된 복제 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 제한된 수명은 양문화배지(21)에Wnt를 첨가함으로써 크게 연장될 수 있다. 더 분화된 세포 유형을 포함하여 신장을 더욱 대표하도록 하기 위해서는 tubuloid 배양 프로토콜의 추가 최적화가 요구된다. 조직 샘플에서 tubuloid 설립의 효율이 매우 높지만 (>95%), 드문 경우, 실패 할 수 있습니다. 1) 시작 물질의 품질저하(예를 들어,약물 치료의 결과로 괴사 조직), 2) 조직 샘플의 과다 소화, 또는 3) 1차 시료의 오염을 포함하는 다른 원인이 있을 수 있다.
수신된 조직 샘플의 품질이 프로토콜을 진행하기에 충분한지 확인하기 위해 수술 시 조직의 평가를 수행하는 병리학 직원과 긴밀한 접촉을 유지하는 것이 중요합니다. 충분한 물질을 사용할 수 있는 경우, 그 생존력은 조직학적검사(예:헤마톡클린 및 에신 염색)에 의해 확인되어야 합니다. 더욱이, 효소 소화 중 세포 용해를 방지하기 위해, 인큐베이션 절차는 더 이상 1h 이상이 아니라는 것이 중요하다. 마지막으로, 오염을 방지하기 위해 항생제와 항진균제는 세척 및 배양 매체에 첨가되어야 합니다.
소변은 혈류 배양을 오염시킬 수 있는 신장22에서파생되지 않은 각질 제거된 상피 세포를 포함할 수 있습니다. 이들은, 예를 들면, 신장 관 세포와 는 대조적으로, 종양 단백질 P63를 위한 양성 및 PAX88를위한 음성인 비뇨기혈 세포를 포함한다. 따라서 후속 실험을 진행하기 전에 확립된 신장 튜룰로이드 라인의 순도를 확인하기 위해 PAX8 양성에 대한 배양을 테스트하는 것이좋습니다(도 4B).
소변은 높은 삼투압과 낮은 pH 때문에 세포에 대한 적대적인 환경을 나타냅니다. 따라서 소변 수집 시 시 시료가 가능한 한 빨리 처리되는 프로토콜의 성공을 위해 결정적입니다. 따라서, 수집된 소변은 파종 시 실행 가능한 세포의 존재를 보장하기 위해 가능한 한 빨리 완충 된 용액으로 희석하고 광범위하게 세척해야합니다. 소변을 처리하기 전에 몇 시간 동안 저장되는 경우 tubuloid 설립의 성공률은 크게 감소할 것입니다. 마지막으로, 멸균되더라도 소변은 수집 과정과 관련된 오염의 위험이 높습니다. 따라서 항생제 및 항진균제로 세척 및 성장 매체를 보충하는 것이 중요합니다. 위의 모든 것을 고려할 때 약 50 %의 성공률을 달성 할 수 있습니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는 연구에 참여한 모든 환자와 그 가족에게 감사드립니다. 우리는 우리의 연구를 촉진 임상 팀에 감사드립니다. 우리는 유럽 연구위원회 (ERC) 시작 보조금 850571 (J.D.), 네덜란드 암 학회 (KWF)/알프 d’HuZes 바스 멀더 상 (No. 10218, J.D.), 온코드 연구소 및 재단 어린이 암 무료 (KiKa No. 292, C.C)의 지원에 감사드립니다.
A83-01 | Tocris | 2939/10 | Stock of 5 mM, final concentration of 5 µM, activin receptor-like kinase 5 inhibitor |
Advanced DMEM/F12 | ThermoFisher Scientific | 12634010 | |
antiPAX8 antibody | LSBio | LS-B13466 | |
B27 supplement | ThermoFisher Scientific | 17504044 | Stock of 50x, final concentration of 1x |
BME | Trevigen | 3533-010-02 | |
Collagenase | Sigma Aldrich | C9407 | Stock of 10 mg/mL, final concentration of 1 mg/mL |
EGF | Peprotech | AF-100-15 | Stock of 0.5 mg/mL, final concentration of 50 ng/mL |
FGF10 | Peprotech | 100-26 | Stock of 0.1 mg/mL, final concentration of 100 ng/mL |
GlutaMAX – L-alanine/L-glutamine | Gibco | 35050061 | Stock of 100x, final concentration of 1x |
Hepes | Gibco | 15630106 | Stock of 1 M, final concentration of 10 mM |
Multiwell tissue culture plates 12 wells | CELLSTAR | 665180 | |
Multiwell tissue culture plates 24 wells | CELLSTAR | 662160 | |
Multiwell tissue culture plates 6 wells | CELLSTAR | 657160 | |
N-acetylcysteine | Sigma Aldrich | A9165 | Stock of 500 mM, final concentration of 1.25 mM |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140163 | Stock of 10.000 U/mL, final concentration of 100 U/mL |
Primocin – broad-range antibiotics | Invivogen | ant-pm-1 | Stock of 50 mg/mL, final concentration of 0.1 mg/mL |
Red blood cells lysis buffer | Roche | 11814389001 | |
RhoKinase inhibitor Y-27632 | Abmole Bioscience | M1817 | Stock of 100 mM, final concentration of 10 µM |
R-spondin conditioned medium | Produced in house with the use of stable cell lines generated by Calvin Kuo lab. Final concentration is 10% | ||
TrypLe Express/ trypsin replacement agent | ThermoFisher Scientific | 12605010 |