Le cellule sono state ordinate da hiPSC

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 483 (2023) Citare questo articolo

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Ultimamente sono stati impiegati numerosi sistemi microfisiologici per modellare il tubulo prossimale renale. Tuttavia mancano ricerche sul perfezionamento delle funzioni dello strato epiteliale del tubulo prossimale: filtrazione e riassorbimento selettivi. In questo rapporto, le cellule del tubulo pseudo prossimale estratte da organoidi renali derivati ​​​​da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo vengono combinate e coltivate con cellule del tubulo prossimale immortalate. È stato dimostrato che il tessuto in cocoltura è un epitelio impermeabile che offre livelli migliorati di alcuni trasportatori, proteine ​​della matrice extracellulare, collagene e laminina, e un trasporto superiore del glucosio e un'attività della glicoproteina P. Sono stati rilevati livelli di espressione di mRNA superiori a quelli ottenuti da ciascun tipo di cellula, suggerendo un'anomala diafonia sinergica tra i due. Inoltre, i miglioramenti nelle caratteristiche morfologiche e nelle prestazioni dello strato di tessuto tubulo prossimale immortalato esposto, dopo la maturazione, alle cellule endoteliali della vena ombelicale umana vengono accuratamente quantificati e confrontati. Il riassorbimento del glucosio e dell’albumina, così come le velocità di efflusso degli xenobiotici attraverso la glicoproteina P, sono risultati tutti migliorati. I dati presentati di seguito evidenziano i vantaggi dello strato epiteliale in cocoltura e del doppio strato non basato su iPSC. I modelli in vitro qui presentati possono essere utili negli studi personalizzati sulla nefrotossicità.

Il tubulo prossimale situato sulla striscia esterna della midollare renale è il sito principale per il riassorbimento di sodio, acqua, aminoacidi e altri nutrienti essenziali come glucosio e albumina che altrimenti sarebbero stati sprecati dal filtrato glomerulare1,2. L'organo è quindi di fondamentale importanza ed è stato oggetto di diversi tentativi di modellazione3,4,5,6,7.

Anche se dati recenti evidenziano chiaramente gli effetti del sistema vascolare endoteliale sull'epitelio del tubulo prossimale6, mancano ancora ricerche sull'ottimizzazione del tessuto epiteliale stesso, poiché i modelli precedenti hanno utilizzato cellule primarie o linee cellulari immortalizzate. Un'opzione potrebbe essere quella di utilizzare le cellule staminali per la loro riproducibilità e la capacità di offrire caratteristiche molto migliori in vivo. Tuttavia, non esistono fonti di cellule staminali in grado di produrre nefroni nell'organo adulto poiché i progenitori dei nefroni vengono tutti esauriti alla nascita8,9,10, mentre l'ottenimento di cellule progenitrici renali dal rene embrionale può sembrare eticamente inappropriato.

In alternativa, tali progenitori possono essere ricreati da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (hiPSC) e differenziati direttamente in una varietà di tipi di cellule renali tramite protocolli graduali11,12,13,14. Sebbene recentemente siano state generate cellule simili a tubuli prossimali da linee iPSC direttamente per scopi di valutazione su chip15, in generale, tali prodotti specializzati non hanno la nicchia 3D presente in vivo.

A tal fine, abbiamo avviato l'idea di estrarre cellule da organoidi renali derivati ​​​​da hiPSC. Gli organoidi renali derivati ​​da hiPSC ricapitolano gli stadi tardivi dello sviluppo, hanno una struttura 3D complessa e contengono cellule provenienti da tutti i lignaggi renali, rendendoli fonti adatte di cellule con caratteristiche più simili a quelle in vivo. Inoltre, non affrontano le sfide etiche legate all'ottenimento e alla differenziazione dei progenitori dei nefroni embrionali.

Diversi studi hanno avanzato l'idea di generare organoidi renali differenziando le cellule pluripotenti umane (hPSC)13,14,16,17,18. Tuttavia, dalle quattro popolazioni progenitrici coinvolte nello sviluppo del rene umano, ovvero nefroni, progenitori epiteliali ureterali, endoteliali e interstiziali renali, la maggior parte di questi protocolli crea i primi due, formando solo nefroni o dotti collettori. Il processo di differenziazione delle hPSC in organoidi renali introdotto da Takasato et al. ricapitola l'intero corso dell'organogenesi del rene umano19,20. Ha il vantaggio di produrre simultaneamente tutte e quattro le popolazioni progenitrici coinvolte nella formazione degli organoidi renali rispetto ai metodi precedentemente riportati. Inoltre, questi organoidi contengono le principali strutture presenti nel rene umano. Nel contesto della valutazione della funzione cellulare si sostiene che l'esposizione degli organoidi ai composti di interesse e la valutazione dell'assorbimento cellulare sarebbero problematici perché la corretta polarità apicale/basolaterale delle cellule non può essere affermata nell'aggregato15. Ma cosa succederebbe se quelle cellule venissero estratte e depositate su una piattaforma 2D in modo da formare la polarità corretta?