Stammzellforscher machen große Fortschritte beim Bau von Mini-Nieren
Datum: 15. Juni 2021
Quelle: Keck School of Medicine der USC
Zusammenfassung:Forscher haben einen Schlüsselbaustein für den Bau einer künstlichen Niere geschaffen. Sie beschreiben, wie sie rudimentäre Nierenstrukturen, sogenannte Organoide, erzeugen, die dem Sammelrohrsystem ähneln, das hilft, das Flüssigkeits- und pH-Gleichgewicht des Körpers aufrechtzuerhalten, indem es Urin konzentriert und transportiert. Die Organoide bieten eine Möglichkeit, Nierenerkrankungen zu untersuchen, die zu neuen Behandlungen und regenerativen Ansätzen für Patienten führen könnten.
Ein Team von Wissenschaftlern der Keck School of Medicine der USC hat einen Schlüsselbaustein für den Bau einer synthetischen Niere geschaffen. In einer neuen Studie in Naturkommunikation, Zhongwei Li und seine Kollegen beschreiben, wie sie rudimentäre Nierenstrukturen, sogenannte Organoide, erzeugen können, die dem Sammelrohrsystem ähneln, das durch Konzentration und Transport des Urins dazu beiträgt, das Flüssigkeits- und pH-Gleichgewicht des Körpers aufrechtzuerhalten.
„Unsere Fortschritte bei der Entwicklung neuer Arten von Nieren-Organoiden bieten leistungsstarke Werkzeuge, um nicht nur Entwicklung und Krankheit zu verstehen, sondern auch neue Behandlungen und regenerative Ansätze für Patienten zu finden“, sagte Li, der korrespondierende Autor der Studie und Assistenzprofessor für Medizin und von Stamm Zellbiologie und regenerative Medizin.
Erstellen der Bausteine
Die Erstautoren der Studie, Doktorand Zipeng Zeng und Postdoc Biao Huang, und das Team begannen mit einer Population sogenannter Ureterknospen-Vorläuferzellen oder UPCs, die eine wichtige Rolle in der frühen Nierenentwicklung spielen. Unter Verwendung von zunächst Maus- und dann menschlichen UPCs konnten die Wissenschaftler Cocktails von Molekülen entwickeln, die die Zellen dazu anregen, Organoide zu bilden, die Harnröhrenknospen ähneln – die verzweigten Röhren, aus denen schließlich das Sammelrohrsystem entsteht. Den Wissenschaftlern gelang es auch, einen anderen Cocktail zu finden, um menschliche Stammzellen dazu zu bringen, sich zu Harnleiterknospen-Organoiden zu entwickeln.
Ein zusätzlicher molekularer Cocktail brachte Organoide aus Harnleiterknospen – die entweder aus Maus-UPCs oder menschlichen Stammzellen gezüchtet wurden – dazu, sich zuverlässig zu noch ausgereifteren und komplexeren Sammelrohr-Organoiden zu entwickeln.
Die Organoide der Ureterknospen von Mensch und Maus können auch gentechnisch verändert werden, um Mutationen zu enthalten, die bei Patienten Krankheiten verursachen, was bessere Modelle zum Verständnis von Nierenproblemen sowie zum Screening potenzieller therapeutischer Medikamente bietet. Als Beispiel haben die Wissenschaftler ein Gen ausgeschaltet, um ein organoides Modell angeborener Anomalien der Niere und der Harnwege, bekannt als CAKUT, zu erstellen.
Abgesehen davon, dass sie als Krankheitsmodelle dienen, könnten sich Organoide der Ureterknospen auch als wesentlicher Bestandteil des Rezepts für eine synthetische Niere erweisen. Um diese Möglichkeit zu untersuchen, kombinierten die Wissenschaftler Organoide der Ureterknospen der Maus mit einer zweiten Population von Mauszellen: den Vorläuferzellen, die Nephrone bilden, die die Filtereinheiten der Niere sind. Nachdem das Team die Spitze einer im Labor gezüchteten Ureterknospe in eine Ansammlung von NPCs eingeführt hatte, beobachtete das Team das Wachstum eines ausgedehnten Netzwerks von verzweigten Röhren, die an ein Sammelrohrsystem erinnern, das mit rudimentären Nephronen verschmolzen ist.
„Unsere konstruierte Mausniere stellte eine Verbindung zwischen Nephron und Sammelrohr her – ein wesentlicher Meilenstein auf dem Weg zum Bau eines funktionsfähigen Organs in der Zukunft“, sagte Li.
Geschichte Quelle:
Materialien Zur Verfügung gestellt von Keck School of Medicine von USC. Original geschrieben von Cristy Lytal. Hinweis: Der Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.
Journal Referenz:
- Zipeng Zeng, Biao Huang, Riana K. Parvez, Yidan Li, Jyunhao Chen, Ariel C. Vonk, Matthew E. Thornton, Tadrushi Patel, Elisabeth A. Rutledge, Albert D. Kim, Jingying Yu, Brendan H. Grubbs, Jill A McMahon, Nuria M. Pastor-Soler, Kenneth R. Hallows, Andrew P. McMahon, Zhongwei Li. Erzeugung von gemusterten Nierenorganoiden, die das Sammelrohrsystem der erwachsenen Niere aus Vorläufern der dehnbaren Ureterknospe rekapitulieren. Nature Communications veröffentlicht 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-23911-5
