به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، در بیماری کلیه پلی کیستیک اتوزومال غالب (ADPKD)، ضایعات کیست کلیه عمدتاً در مجاری جمع کننده (CDs) ایجاد می‌شوند. با این حال، ایجاد مدل‌های مربوط به کیست CD با استفاده از سلول‌های انسانی وجود ندارد. اگرچه گزارش‌های قبلی مدل‌های کیست توبول کلیوی آزمایشگاهی را از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (hiPSCs) تولید کرده‌اند، اما هنوز کاندیدهای دارویی درمانی برای ADPKD شناسایی نشده‌اند. در همین راستا تیمی از محققان CiRA، با تکیه بر کار قبلی خود بر روی تمایز سلول‌های iPS به ارگانوئیدهای کلیه، پیشرفت‌های قابل‌توجهی برای ساختن مدل بهتری تکوینی کلیه و بیماری‌ها و برای استفاده به‌عنوان یک پلت فرم قوی برای کشف دارو کرده‌اند. در یک مطالعه اخیر به سرپرستی پروفسور کنجی اوزافون (بخش رشد و تمایز سلولی)، تیمی از محققان با ایجاد روشی برای کشت طولانی مدت سلول‌های نوک جوانه حالب (UBTC) توانستند ارگانوئیدهای مجرای جمع‌آوری کننده را برای رسیدن به بلوغ لازم در تولید مدل سازی دقیق ADPKD را ایجاد کنند. این یافته‌ها در مجله Cell Reports منتشر شده است.

بیماری کلیه پلی کیستیک اتوزومال غالب (ADPKD)

بیماری کلیه پلی کیستیک اتوزومال غالب (ADPKD) حدود 1 نفر از هر 1000 تا 4000 نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می‌دهد. در حالی که اکثر بیماران به طور معمول می‌توانند یک زندگی عادی داشته باشند، ولی در مراحل پیشرفته بیماری ممکن است به دیالیز یا پیوند نیاز داشته باشد. در حالی که برخی از داروهای بالقوه مفید، مانند تولواپتان، برای کمک به کاهش رشد کیست در دسترس هستند، اما همچنان یک بیماری ژنتیکی بدون هیچ گونه راه درمانی است.

ارگانوئیدهای کلیوی

ارگانوئیدهای کلیوی تولید شده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسان (hiPSCs) یک ابزار بیولوژیکی قدرتمند است که می‌تواند درک بهتری از مکانیسم بیماری و وسیله ای برای مدل سازی بیماری‌ها برای اهداف کشف و آزمایش دارو در اختیار ما قرار دهد. با این حال، ارگانوئیدها اغلب در مرحله اولیه تکوینی باقی می‌مانند و به طور دقیق شرایط بیماری را در بزرگسالان مدل نمی‌کنند. برای ADPKD، مدل‌های ارگانوئیدی قبلاً گزارش شده‌اند، اما هیچ‌کدام نتوانسته‌اند به وضعیت بلوغ مورد نیاز برای بیان مولکول‌های کلیدی درگیر در جمع‌آوری کیست مجرای دست یابند. در نتیجه، تشکیل کیست خود به خودی هرگز در چنین مدل‌هایی مشاهده نشده است، بنابراین ارگانوئیدهای کلیه تولید شده تا به امروز هنوز پتانسیل کامل خود را برای کشف و آزمایش دارو نشان نداده‌اند.

یافتن مسیر پیام رسیانی کلیدی دخیل در ایجاد مدل بیماری

این تیم، با اشاره به اینکه مهار TGF-β باعث افزایش انشعاب و جمعیت در ارگانوئیدهای کلیه می‌شود، با اصلاح پروتکل تمایزی که قبلاً گزارش کرده بودند، اینبار با استفاده از A83-01، یک مهارکننده TGF-β، در محیط کشت و مدت زمان کشت را از دو هفته افزایش دادند. بنابراین شش هفته بعد با انجام توالی RNA روی ارگانوئیدهای کلیه با یا بدون درمان A83-01 و مقایسه پروفایل بیان ژن آنها، محققان مسیر NFκB را به عنوان حیاتی برای تکثیر UBTC شناسایی و با مهار شیمیایی تأیید کردند.

تولید UBTC های بالغ تر

با استفاده از اینUBTC های بالغ‌تر، تیم تحقیقاتی اقدام به القای تشکیل مجرای جمع آوری از طریق یک فرآیند تمایز یک هفته ای کردند. اگرچه سلول‌های اصلی مجرای جمع‌آوری را می‌توان از UBTCs در کشت برای دو یا شش هفته تولید کرد، اما اکنون نتایج UBTC‌های با کشت طولانی‌مدت (6 هفته) نمایه بیان ژنی ارگانوئید توسعه‌یافته‌تر و با انشعاب بیشتر را نشان داد که تاکنون در هیچ یک از کشت‌های کوتاه‌مدت UBTC‌ دیده نشده بود. علاوه بر این، پاسخ التهابی و نشانگرهای مرتبط با پیری سلولی در UBTC های بالغ تر بیان شدند، که با تغییر تدریجی به سمت مراحل بعدی رشد سازگار بود. در مرحله بعد، محققان بر روی جمع آوری ارگانوئیدهای مجرای تولید شده از UBTCs که به مدت دو یا شش هفته کشت شده بودند، تمرکز کردند. قابل توجه است که مقایسه جامع این ارگانوئیدها و ارگانوئیدهای قبلاً گزارش شده که سلول‌های CCD در ارگانوئیدهای قبلی وجود نداشتند، اما در ارگانوئیدهای تولید شده در این مطالعه بودند، این خود نشان دهنده وضعیت پیشرفته تر این ارگانوئیدها است.

تولید موش‌های مهندسی شده Pkd1 KO

برای تعیین اینکه آیا انسان و موش مکانیسم‌های رشد کلیوی مشابهی دارند و آیا می‌توان از این ارگانوئیدهای مجرای جمع‌آوری کننده برای مدل‌سازی ADPKD استفاده کرد، محققان PKD1 KO hiPSCهای هموزیگوت را توسط CRISPR/Cas9 تولید کردند، زیرا موش‌های Pkd1 KO در طول رشد جنینی دچار کیست می‌شوند. این تیم تشکیل کیست خود به خودی را در PKD1 KO مشاهده کردند، اما ارگانوئیدهای مجرای جمع‌آوری کننده نوع وحشی (WT) را مشاهده نکردند. علاوه بر این، محققان دریافتند که این کیست‌های خود به خودی برای پاسخ به دستکاری‌ها (مانند سیگنال‌دهی AMP حلقوی و تولید کلسترول) که بر تشکیل کیست تأثیر می‌گذارند. واکنش نشان دادند.

بررسی غربالگری دارویی

برای تعیین اینکه ایا ارگانوئیدهای مجرای جمع‌آوری کننده برای غربالگری با توان بالا برای شناسایی مولکول‌های کوچک بالقوه مفید برای درمان ADPKD، کاربرد دارند یا خیر، محققان یک پلت فرم مبتنی بر صفحه 96 چاهی ایجاد کردند و چندین داروی کاندید را که در حال حاضر در آزمایش‌های بالینی مورد بررسی قرار می‌گیرند (به عنوان مثال، ونگلوستات) آزمایش کردند. مشخص شد که باردوکسولون متیل و تسواتینیب) و تولواپتان، یک داروی مورد تایید FDA برای ADPKD، در سرکوب بزرگ شدن و/یا تشکیل کیست موثر هستند. محققان TTNPB، یک آگونیست گیرنده رتینوئیک اسید (RAR) را برای سرکوب بزرگ شدن کیست و در عین حال ایجاد بستر غربالگری دارو نیز مشاهده کردند. علاوه بر این، اسید رتینوئیک تمام ترانس (ATRA) به موازات اثرات مشابهی دارد، بنابراین سیگنال‌دهی RAR را به عنوان یک هدف درمانی احتمالی برای ADPKD تأیید می‌کند.

نتایج کسب شده حاصل از تجزیه و تحلیل مولکولی

تجزیه و تحلیل ریزآرایه‌های ارگانوئیدهای مجرای جمع‌آوری کیست که با یا بدون TTNPB تیمار شده‌بودند، برهمکنش بالقوه مسیرهای سیگنال دهی متعدد، از جمله TGF-β، سنتز کلسترول، انتقال و گلیکولیز گلوکز، و پیری سلولی را نشان داد. محققان با تمرکز بر پیری سلولی و تنظیم مثبت CDKN2B توسط TTNPB، یک رده سلولی hiPSC با بیان CDKN2B القایی ایجاد کردند و دریافتند که بزرگ شدن کیست با بیان بیش از حد آن کاهش می‌یابد، بنابراین آن را به عنوان یک هدف دارویی مناسب برای درمان AKPKD برجسته کردند.

بررسی داروی ATRA

از آنجایی که ATRA در حال حاضر برای درمان لوسمی پرومیلوسیتیک حاد مورد استفاده قرار می‌گیرد، تیم تحقیقاتی اثربخشی آن را در مدل موشی AKPKD (موش Pkd1 KO اختصاصی کلیه)، که به بیماری کیستیک کلیوی شدید، آزمایش کردند. در ادامه پیشرفت‌های کیفی و کمی قابل‌توجهی در کلیه‌های موش‌های تحت درمان با ATRA مشاهده شد، بنابراین مطالعات پیش‌بالینی و بالینی بیشتری را برای ATRA و سایر آگونیست‌های RAR برای درمان ADPKD تضمین می‌کند.

گام بعدی مطالعه

قابل توجه است، روش‌های اصلاح‌شده برای کشت و تمایز طولانی‌مدت برای تولید ارگانوئیدهای مجرای جمع‌آوری کننده حاوی سلول‌های قشری بالغ‌تر، راه را برای تحقیقات پایه و کاربردهای بالینی مختلف باز می‌کند. همانطور که توسط تیم تحقیقاتی در این مطالعه نشان داده شد، این ارگانوئیدها دارای پتانسیل عظیمی برای  انجام مطالعاتی برای درک عمیق تر ما از پاتوژنز و درمان ADPKD هستند و همچنین دارای عملکردی به عنوان یک پلت فرم قوی برای اهداف کشف و آزمایش دارو هستند.

پایان مطلب/.