به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، کلیه انسان از چهار جمعیت سلول‌های پیش سازی چون پیش ساز نفرون، پیش ساز اپیتلیال حالب، اجداد بینابینی کلیوی و پیش ساز اندوتلیال - ایجاد می شود که منجر به تشکیل حداکثر 2 میلیون نفرون می‌شود. تا همین اواخر، روش‌های گزارش‌شده سلول‌های بنیادی پرتوان انسانی (hPSCs) را به سلول‌های پیش ساز نفرون یا پیش‌ساز اپیتلیال حالب تمایز می‌داد و در نتیجه تنها نفرون‌ها یا مجاری جمع‌آوری را تشکیل می‌دادند. ولی امروزه توسعه ابزارهای پیشرفته غربالگری دارو برای پیشرفت پزشکی شخصی و ایجاد درمان‌های موثرتر بسیار مهم است. یکی از اعضایی که در این زمینه مورد توجه ویژه قرار می‌گیرد کلیه است. به عنوان مثال، لوله‌های پروگزیمال کلیه برای بازجذب مواد حیاتی از جریان خون قبل از تشکیل ادرار ضروری هستند. با این حال، مدل‌های آزمایشگاهی سنتی برای تکرار دقیق این مشکل تلاش کرده‌اند، و اغلب در بیان پروتئین‌های انتقال کلیدی مانند ناقل‌های آنیون آلی - OAT1/3 - و انتقال‌دهنده کاتیون‌های آلی 2 - OCT2 ناکام مانده‌اند. در همین راستا تیمی در دانشگاه کیوتو اکنون یک لوله پروگزیمال روی تراشه مبتنی بر ارگانوئید کلیه مشتق از سلول iPS انسانی - OPTECs-on-Chip - ساخته اند که فیزیولوژی کلیوی in vivo را بیشتر از قبل تقلید می‌کند. این مدل بیان و قطبیت انتقال‌دهنده‌های کلیوی ضروری را نشان می‌دهد و آن را به ابزاری قدرتمند برای ارزیابی انتقال دارو و سمیت کلیوی تبدیل می‌کند.

عملکرد پروتئین‌های حامل املاح (SLCs)

به خوبی ثابت شده است که پروتئین‌های حامل املاح (SLCs) بیان شده در غشای سلول‌های توبول کلیوی نقش عمده ای در دفع و حذف بیگانه بیوتیک‌ها دارند. آنها همچنین حمل و نقل املاح حاوی یون‌ها و پپتیدهای متابولیت را از طریق موانع اپیتلیال کلیه تسهیل می‌کنند. ناهنجاری‌های این ناقل‌ها با اختلالات کلیوی قابل توجه و تغییر دینامیک دارو مرتبط است. نهادهای نظارتی، از جمله سازمان غذا و داروی ایالات متحده (FDA)، آژانس دارویی اروپا (EMA)، آژانس داروسازی و تجهیزات پزشکی (PMDA)  بنابراین، این انتقال دهنده‌ها را به عنوان نقاط کانونی در تحقیقات تداخل دارویی برجسته کرده اند. توبول پروگزیمال (PT)، بخشی از شبکه لوله‌ای نفرون که از قطب سلول کلیوی شروع می‌شود، نقش مهمی در فیزیولوژی کلیه ایفا می‌کند. این عمدتا مسئول جذب مجدد بخش قابل توجهی از مواد مغذی به شبکه مویرگی اطراف لوله مجاور است. مجهز بودن به انبوهی از انتقال‌دهنده‌های جذب و جریان، در مدیریت بیگانه‌بیوتیک‌ها نقش محوری دارد و آن را به عنوان یک مکان اصلی برای پردازش مواد و سمیت بالقوه معرفی می‌کند. انتقال دهنده‌های SLC با تسهیل جذب و ترشح داروها، نقش مهمی در انتقال کلیوی داروها ایفا می‌کنند. این ناقل‌ها برای جذب دارو از خون به سلول‌های توبول کلیوی و دفع متعاقب آن در ادرار ضروری هستند. عملکرد دقیق آنها برای حفظ هموستاز دارو در بدن و اجتناب از عوارض جانبی بالقوه ضروری است. در نتیجه، طراحی مدل‌های آزمایشگاهی برای اندامی که دارای این ناقل‌ها است و می‌تواند داده‌های مرتبط بالینی را ارائه دهد، بسیار مهم می‌شود.

شیوه تحقیقاتی

این سیستم میکروفیزیولوژیک - MPS - از دو پروتکل تمایز پذیرفته شده برای استخراج ارگانوئیدهای کلیه استفاده می‌کند و آنها را در یک سیستم میکروسیال ادغام می‌کند تا یک مدل توبول پروگزیمال را تشکیل دهد. این با موفقیت بیان ناقل را حفظ می‌کند و مکانیسم‌های دفع دارو را در لوله‌های پروگزیمال کلیوی در شرایط آزمایشگاهی تکرار می‌کند و عملکرد بافت اپیتلیال انسان را تقلید می‌کند. رهبر تیم ریوجی یوکوکاوا در بخش مهندسی میکرو کیوتو توضیح می‌دهد: «گوش دادن به نیازهای شرکت‌های داروسازی برای توسعه تراشه کلیه با عملکرد بالا که آنها نیاز دارند، بهترین راه برای ما برای ادغام فناوری MPS در تولید دارو است.

نتایج کسب شده از مطالعه

داده‌های ما نشان می‌دهد که لوله پروگزیمال روی تراشه مبتنی بر ارگانوئید کلیه مشتق شده از hiPSC در ارزیابی حمل و نقل بین سلولی و سمیت کلیوی مفید است و به طور قابل توجهی به تحقیقات فیزیولوژی و پاتوفیزیولوژی کلیه کمک می‌کند. OPTC بیان و فعالیت پروتئین‌های کلیدی SLC مانند OAT1/3، OCT2 و MRP های انتقال دهنده جریان یک طرفه را نشان می‌دهد که از RPTEC PToC بهتر عمل می‌کند.  مهارت آنها در شبیه سازی حمل و نقل فیزیولوژیکی دارو و سمیت کلیوی به ویژه در استفاده از ترکیباتی مانند آدفوویر، روزوواستاتین، متفورمین، AA1 و سیس پلاتین آشکار بود و پتانسیل آنها را در غربالگری دارو و ارزیابی سمیت را برجسته می‌کند. مطالعات قبلی اشاره کرده‌اند که سلول‌های کشت‌شده در شرایط دو بعدی اغلب مورفولوژی مشخصه خود را از دست می‌دهند و اتصالات نشتی نشان می‌دهند. زمانی که سلول‌ها را در دستگاه PToC کشت دادیم، مورفولوژی مکعبی آن‌ها را با موفقیت حفظ کردیم و پروتئین‌های اتصال محکم را در طول مدت کشت بومی‌سازی کردیم. با استفاده از مدل 2 بعدی پروگزیمال توبول روی تراشه مبتنی بر ارگانوئید کلیه مشتق از hiPSC، توانستیم نشان دهیم که پاسخ‌های مرتبط بالینی لوله پروگزیمال را می‌توان خلاصه کرد. اولین و مهم ترین آن حفظ عملکرد OAT1/3 همراه با سایر انتقال دهنده‌های کلیدی با نفوذپذیری کم است. ما نشان دادیم که OPTC ما نه تنها سمیت کلیوی را ارزیابی می‌کند، بلکه بسترهای بین سلولی را که به طور خاص توسط OAT1، OAT3، OCT2 و P-gp منتقل می‌شوند، کمی می‌کند. علاوه بر این، مدل PT مبتنی بر ارگانوئید به طور موثر جریان دارو با واسطه انتقال دهنده را با ویژگی بستر مناسب تقلید می‌کند. این مزیت استفاده از سلول‌های مشتق شده از iPSC و یک سیستم میکروسیال را برای تکثیر مکانیسم‌های انتقال سلولی در داخل بدن را نشان می‌دهد. علاوه بر این، بیان همزمان چندین ناقل کلیه در مدل ما، بررسی سیستم‌های ناقل دارو و تداخلات دارو-دارو را تسهیل می‌کند.

ابزار غربالگری و توسعه داروهای جدید

ما نشان دادیم کهOPTEC های روی تراشه ما نه تنها سمیت کلیوی را ارزیابی می‌کند، بلکه سوبستراهای بین سلولی را که به طور خاص توسط OAT1، OAT3 و OCT2 منتقل می‌شوند را کمی می‌کند. مکانیسم‌ها، مینورو تاکاساتو، یکی از نویسندگان مرکز تحقیقات دینامیک بیوسیستم RIKEN، همراه با توشیکازو آرائوکا از مرکز تحقیقات و کاربرد سلول‌های iPS کیوتو را اضافه کرد. تیم یوکوکاوا پیش بینی می‌کند که از مدل MPS خود به عنوان ابزار غربالگری برای توسعه داروهای جدید با ارزیابی انتقال و سمیت کلیوی پروتئین‌های غشایی مختلف استفاده کنند. یوکوکاوا خاطرنشان می کند: «مدل ما پتانسیل قابل توجهی برای غربالگری دارو و پزشکی شخصی دارد. با ترکیب سلول‌های بنیادی مشتق از بیمار، می‌توانیم ارزیابی‌های شخصی‌سازی شده برای انتقال کلیوی و مدل‌سازی بیماری ایجاد کنیم.

پایان مطلب/.