תרביות טובולואיד כליות אנושיות מייצגות מודל במבחנה רב ערך לחקר פיזיולוגיה ומחלות כליות. טובולואידים ניתן להקים מרקמת כליה (בריא וחולים) כמו גם שתן, האחרון מייצג מקור קל להשגה ופחות פולשני של חומר מחקר.
תאי גזע בוגרים (ASC) שמקורם באורגנוידים אפיתל אנושיים, או טובולואידים, ניתן להקים אפיתל כליות בריא וחולים עם יעילות גבוהה. טובולואידים כליות רגילים לשחזר היבטים רבים של רקמת המוצא שלהם. הם מייצגים מקטעי נפרון נפרדים – בעיקר של צינור פרוקסימלי, לולאה של הנל, צינורות דיסטליים, וצינור איסוף – וניתן להשתמש בהם כדי ללמוד פיזיולוגיה כליות נורמלית. יתר על כן, טכנולוגיית טובולואיד מקלה על מידול מחלות, למשל., עבור מחלות זיהומיות, כמו גם עבור סרטן. עם זאת, קבלת תאי אפיתל כליות לייצור טובולואיד תלויה בשאריות חומר כירורגי (כגון כריתת נפרקטומיות חלקיות) או ביופסיות מחט. היכולת לגדל טובולואידים משתן תספק מקור חלופי, פחות פולשני לתאי אפיתל כליות בריאים. הוכח בעבר כי תרביות טובולואיד ניתן ליצור בהצלחה רק כמה מיליליטרים של שתן שנאסף טרי. מאמר זה מתאר את הפרוטוקולים כדי ליצור ולהפיץ תרביות טובולואיד כליות אנושיות נגזר ASC מרקמות ודגימות שתן.
הכליות מבצעות את הפונקציה של שליטה שיטתית על איזון נוזלי הגוף. הפגיעה בתפקוד הפיזיולוגי שלהם יכולה להיגרם על ידי גורמים שונים, כולל סוכרת, יתר לחץ דם, ורעילות הנגרמת על ידי סמים1. להבנה טובה יותר של פיזיולוגיה תקינה של הכליות, כמו גם התפתחות מחלות כליות, השימוש במודלים פרה-אקליניים מייצגים הוא קריטי. בשנים האחרונות, מספר מודלים בכליות במבחנה נוצרו בהתבסס על מה שנקרא טכנולוגיית organoid2. אורגנואידים הם מבנים תלת מימדיים, רב-תאיים הדומים למורפולוגיה ולפיזיולוגיה של הרקמה (נורמלית או חולה) שממנה הם נובעים. הם יכולים להיווצר מתאי גזע (מחשבים אישיים) או בוגרים (ASCs), כל אחד עם המאפיינים והיישומים שלו.
אורגנוידים כליות שמקורם ב-PSC מחקים נפרוגנזה3,4,5. הם יכולים גם להיות הוקמו מתאים מחויבים נגזר המטופל על ידי דיפרנציה כפויה (pluripotency המושרה או iPSC). IPSCs ניתן לאחר מכן להיות מובחנים לתוך סוגי התאים השונים של הנפרון, היחידה התפקודית של הכליה, על ידי חשיפה בזמן קוקטיילים גורם גדילה ספציפי. תוך כדי יצירת מיני-איבר שלם למדי בצלחת, הקמתם נותרה גוזלת זמן רב, ובשל פרוטוקול התכנות מחדש, IPSCs יכול להיות רגיש לחוסר יציבות גנטית בלתי רצויה6. יתר על כן, organoids iPSC אינם מסוגלים להבשיל באופן מלא לתוך תאי כליות בוגרים, חושף פרופיל transcriptome הדומה לכליה העוברית בשלב התפתחות מוקדם7.
טובולואידים כליות אנושיים נגזר ASC הוכחו כדי לשחזר את ההתחדשות של אפיתל כליות למבוגרים. הם מייצגים בעיקר את הצינור הפרוקסימלי, לולאת ההנלה, צינורות דיסטליים וצינור איסוף, כפי שאושר על ידי הביטוי של חלבוני טרנספורטר שונים8,9,10. פרוטוקול תרבית טובולואיד מאפשר התרחבות מהירה של רקמת כליה שמקורה בחולה, תוך שמירה על גנום יציב. יישומי מחקר כוללים לימוד פיזיולוגיה תקינה של הכליות, נפרוטוקסיה, בדיקות סמים, כמו גם מידול מחלות8,10,11,12. מגבלה פוטנציאלית של הקמת תרביות organoid שמקורן בחולה, כולל טובולואידים, היא הזמינות של רקמה טרייה. עם זאת, מספר דיווחים הראו כי שתן יכול לשמש כמקור לתאי אפיתל כליות, ובכך לספק אסטרטגיה הרבה יותר פשוטה, פחות פולשנית כדי להשיג חומר המטופל עבור תרביות טובולואיד8,13,14. אכן, הוכח לאחרונה כי טובולואידים ניתן לגדל משתן8. מאמר זה מתאר את הקמת ותחזוקת תרביות טובולואיד מרקמת כליה ושתן.
Organoids נחשבים אווטרים של הרקמה שממנה הם נגזרים. הם מאפשרים התרחבות מהירה של חומר המטופל תוך שמירה על המאפיינים הגנוטיפי והפנוטיפיים של רקמת המקור15. טכנולוגיית Organoid פתחה לאחרונה את הדלתות לפיתוח מודלים פרה-קליניים מייצגים יותר, שיכולים לשמש ככלים חשובים לתרגום ממצאים מהספסל לצד המיטה. טובולואידים בכליות מבטיחים מודלים במבחנה לבדיקת nephrotoxicity הנגרמת על ידי סמים, תופעת לוואי נפוצה של תרופות כימותרפיות רבות2,8,12. ככזה, תרביות organoid הגידול נגזר המטופל הוכחו להיות חזוי לתגובת המטופל לטיפול16,17,18. בדיקת תרופות באופן תפוקה גבוהה על טובולואידים ולכן פוטנציאל מאפשר הגדרה טובה יותר של חלונות טיפוליים ומקטין את הסיכון של nephrotoxicity הנגרמת על ידי תרופות בחולים.
אנטיביוטיקה נפוצה תוארו כדי להפעיל השפעה רעילה על הכליות19. למרות נוכחות של אנטיביוטיקה רחבת טווח הכרחית להקמת מוצלח של התרבויות על ידי מניעת זיהום, חשוב לשקול את הנפרוטוקסיות הפוטנציאלית שלהם. למרות שלא נצפו השפעות שליליות של אנטיביוטיקה על הקמת תרביות טובולואיד, דרושה חקירה נוספת כדי להעריך ביסודיות את ההשפעות שלהם. טובולואידים ניתן לנצל לחקר ודוגמנות מחלות8. Ciliopathies (תפקוד פתולוגי של ריסים) כמו גם תסמונות גנטיות אחרות המשפיעות על הכליה ניתן ללמוד על ידי יצירת קווים טובולואידים ישירות מנושאים מושפעים, או באמצעות תרבויות בריאות שבהן מוטציות נהג ספציפיות למחלה ניתן להציג באמצעות עריכת גנום CRISPR / Cas920.
למרות טובולואידים הם תרביות כליות רב תאיות, הם חסרים מספר סוגי תאי כליות, כולל פופוטיטים ותאי אנדותל8. יתר על כן, בניגוד כמה מודלים organoid אחרים שמקורם ASC, טובולואידים יש פוטנציאל שכפול מוגבל כפי שהם יכולים להיות תרבותיים עבור כ 15 קטעים. עם זאת, תוחלת חיים מוגבלת זו יכולה להיות מורחבת באופן משמעותי על ידי הוספת Wnt למדיום התרבות21. אופטימיזציה נוספת של פרוטוקול תרבות טובולואיד נדרש כדי להפוך אותם אפילו יותר נציג של הכליה, כולל סוגי תאים מובחנים יותר. למרות היעילות של הקמת טובולואיד מדגימות רקמה הוא גבוה מאוד (>95%), זה יכול, במקרים נדירים, להיכשל. יכולות להיות סיבות שונות כולל: 1) איכות ירודה של החומר ההתחלתי (למשל.רקמה נמקית כתוצאה מטיפול תרופתי), 2) עומס יתר של דגימת הרקמה, או 3) זיהום המדגם העיקרי.
כדי לוודא כי איכות דגימות הרקמה שהתקבלו מספיקה כדי להמשיך עם הפרוטוקול, חשוב לשמור על קשר הדוק עם צוות הפתולוגיה המבצע את הערכת הרקמה בעת הניתוח. אם חומר מספיק זמין, הכדאיות שלה חייבת להיות מאושרת על ידי בדיקה היסתולוגית (למשל. יתר על כן, כדי למנוע תמה תאית במהלך עיכול אנזימטי, חשוב כי הליך הדגירה הוא לא יותר מ 1 שעות. לבסוף, כדי למנוע זיהום, אנטיביוטיקה ותרופות נגד פטריות יש להוסיף למדיה כביסה ותרבות.
שתן יכול להכיל תאי אפיתל פילינג שאינם נגזרים מהכליה22, אשר יכול לזהם את תרביות טובולואיד. אלה כוללים, למשל, תאי urothelium כי הם, בניגוד לתאי צינוריות כליות, חיובי עבור חלבון הגידול P63 ושלילי עבור PAX88. לכן מומלץ לבחון את התרבויות עבור חיוביות PAX8 כדי לאשר את הטוהר של קווים טובולואידים כליות הוקמה לפני שתמשיך בניסויי מעקב(איור 4B).
שתן מייצג סביבה עוינת לתאים בשל לחץ אוסמוטי גבוה ו- pH נמוך. לכן חיוני להצלחת הפרוטוקול כי דגימות מעובדות בהקדם האפשרי עם איסוף שתן. ככזה, השתן שנאסף צריך להיות מדולל ושטוף נרחב עם פתרון חוצץ בהקדם האפשרי כדי להבטיח נוכחות של תאים קיימא בזמן זריעה. שיעור ההצלחה של הקמת טובולואיד יקטן באופן משמעותי אם שתן מאוחסן במשך מספר שעות לפני העיבוד. לבסוף, למרות סטרילי, שתן יש סיכון גבוה של זיהום הקשורים לתהליך האיסוף. לכן חשוב להשלים כביסה וצמיחה בינונית עם אנטיביוטיקה וסוכנים נגד פטריות. כאשר לוקחים בחשבון את כל האמור לעיל, ניתן להשיג שיעור הצלחה של כ -50%.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לכל המטופלים ובני משפחותיהם שהשתתפו במחקר. אנו מודים לצוות הקליני שסייע במחקר שלנו. אנו מודים על תמיכתה של מועצת המחקר האירופית (ERC) החל מענק 850571 (J.D.), האגודה ההולנדית לסרטן (KWF)/Alpe d’HuZes Bas Mulder פרס (מס ‘10218, J.D.), מכון Oncode, וקרן ילדים ללא סרטן (KiKa מס ‘292, C.C.)
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 |