Entwickelt Miniatur-Nieren kommen des Alters: Methode für den Anbau von Nieren-organoids unter flow-Steigerung der gefäßbildung und Reifung, wodurch Ihr Potenzial für Drogentests und regenerative Medizin

In den letzten Jahren haben Forscher erschaffen mini-Organe bekannt als organoids in der Kulturschale, enthalten viele der Zelltypen und komplexen microarchitectures finden sich in menschlichen Organen wie der Niere, Leber, Darm, und sogar das Gehirn. Jedoch, die meisten organoids gewachsen in-vitro-Mangel das Gefäßsystem erforderlich, um die Bereitstellung von Sauerstoff und Nährstoffen, entfernen Stoffwechselschlacken, und erleichtern die Kommunikation zwischen verschiedenen Zell-Typen, die Laufwerke, die Ihre Reifung in wirklich funktionale Gewebe-Bausteine.

Für Nieren-organoids, dieses Manko verhindert, dass Forscher die Emulation-Taste Funktionen der Niere in vitro, einschließlich Blut-filtration, reabsorption und Urinproduktion. Erstellen robust durchbluteten Niere organoids ermöglichen könnte, eine bessere Modellierung von Nierenerkrankungen, erhöhen die renale drug-Toxizitätstests, und letztlich führen Sie zu neuen Bausteinen für Nieren-Ersatz-Therapien.

Jetzt ist einem Forscherteam an der Wyss Institut für Biologisch Inspirierte Engineering an der Harvard Paulson School of Engineering und Angewandte Wissenschaften (MEERE), Brigham and Women ‚ s Hospital und der Harvard Stem Cell Institute der Leitung von Jennifer Lewis und Ryuji Morizane entwickelt hat, ein leistungsstarker neuer Ansatz, als Teil des Instituts neue 3D-Organ-Engineering-Initiative. Durch das aussetzen stem cell-derived organoids zu fluidic Schubspannung, Sie waren in der Lage, deutlich erweitern organoid-abgeleitet vaskulärer Netzwerke und verbessern die Reifung der Nieren-Fächer im Vergleich zu früheren statischen Kultur-Methoden. Die Arbeit ist veröffentlicht in der Natur-Methoden.

Im Jahr 2015, Ryuji Morizane und Joseph Bonventre eine Methode entwickelt, die es Ihnen ermöglichte die Ableitung von 3D-Nieren-organoids aus menschlichen pluripotenten Stammzellen. „Während unsere organoids und diejenigen, die in anderen Labors enthielten große zahlen von gut organisierten nephrons und primitiven Blutgefäße, Sie fehlte noch pervasive-Kreislauf-Fächer mit perfusable Lumen“, sagte co-entsprechenden Autor Morizane, M. D., Ph. D., Assistant Professor an der Brigham and Women ‚ s Hospital und der Harvard Medical School (HMS) und Mitglied des Harvard Stem Cell Institute.

Mehr kürzlich haben Forscher auf der ganzen Welt herangereift, Nieren-organoids durch Implantation in Tieren, wo Sie können die Verbindung zum host Gefäßsystem in vivo. „Für die erste Zeit, unsere Studie zeigt, dass durch das aussetzen wachsenden organoids zu Strömung, die eine mechanische cue bekannt, spielen eine wichtige Rolle für die Gewebe-Entwicklung in den Körper, wir können erheblich verbessern Sie Ihre gefäßbildung und-Reifung in vitro“, sagte Morizane.

Um dieses Kunststück vollbringen, nutzte das team die expertise aus dem Lewis-lab, Pionier-Strategien zu erstellen vaskularisierten Geweben, einschließlich 3D-Niere-on-chip-Modelle, die mit 3D-bioprinting werden können, perfundierten und nachhaltig für lange Laufzeiten. Basierend auf diesen Erkenntnissen, Sie stellten die Hypothese auf, dass die Strömung könnte auch die Förderung der Bildung von Blutgefäßen aus endothelialen Vorläufer-Zellen gefunden, die den wachsenden Nieren-organoids.

„Wir haben bestimmt die richtige Kombination der zugrunde liegenden extrazellulären matrix, Medien, Zusätze und fluidischen Schubspannung, unter denen menschliche Stammzellen abgeleitet organoids würde florieren, wenn angebaut, in unsere 3D-gedruckten millifluidic chips,“ sagte Kimberly Homan, Ph. D., der mit Navin Gupta, M. D., der erste Autor auf der Studie. Gupta Hinzugefügt, dass „die vaskuläre Netzwerke bilden in der Nähe der epithelialen Strukturen, die den Aufbau, die glomeruläre und tubuläre Fächer, und im Gegenzug fördern epitheliale Reifung. Dieser integrierte Prozess funktioniert wirklich wie ein zwei-Wege-Straße.“ Homan ist ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Lewis‘ Gruppe am Wyss-Institut und den MEEREN, und Gupta ist ein Clinical Research Fellow arbeiten auf Morizane team an der Brigham.

Die Schiffe, die auf dem 3D-gedruckten chips ein miteinander verflochtenes Netzwerk mit offenen Lumen, die perfundierten mit Fluiden, wie bestätigt durch eine direkte Abbildung der fluoreszierende Kügelchen bewegen sich frei durch Sie. „Wir waren begeistert zu sehen, dass diese vaskularisiert, glomeruläre und tubuläre Strukturen entwickeln, durch einige von den gleichen Stufen, die nephrons Erfahrung während der normalen nierenentwicklung in vivo“, sagte Homann.

„Dieser wichtige Fortschritt eröffnet neue Wege für die genaue Prüfung Droge Toxizität in vitro differenzierten nephron Fächer und Modellierung von Erkrankungen der Nieren, wie polycystic Nieren-Krankheit, die Auswirkungen auf bestimmte Strukturen und Zelltypen mit Patienten-abgeleiteten Stammzellen als Ausgangspunkt“, sagte co-corresponding author Lewis, Sc.D;, wer ist ein Core Fakultätsmitglied an der Wyss Institut und co-Leiter des 3D-Organ-Engineering-Initiative. „Unsere Methode kann den Weg ebnen, um auch vascularize andere Arten von organoids, wie die Leber organoids.“ Lewis ist auch der Hansjörg Wyss, Professor für Biologisch Inspirierte Engineering an der SEE und ein Mitglied des Harvard Stem Cell Institute.

„Diese Studie ist ein gutes Beispiel für die Bedeutung der mechanobiology und die potentielle macht des Wyss Instituts 3D-Organ-Engineering-Initiative. Es bietet eine wichtige Grundlage für eine Vielzahl von Bemühungen, die darauf abzielen, funktionelle menschliche Gewebe de novo für Forschung, pharmazeutische und Gewebe regenerative Anwendungen,“ sagte Wyss-Institut-Gründungsdirektor Donald Ingber, M. D., Ph. D., der auch der Judah Folkman Professor für Vaskuläre Biologie an der HMS und der Vaskulären Biologie-Programm an der Boston Kinderkrankenhaus, sowie Professor für Bioengineering an der SEE.

Andere Autoren auf der Studie sind Joseph Bonventre, M. D., Ph. D., der Samuel A. Levine, Professor für Medizin an der HMS, Leiter der Abteilung für Nieren-Medizin bei Brigham und Mitglied des Harvard Stem Cell Institute; Vergangenheit und Gegenwart Mitgliedern der Lewis‘ team, darunter Katharina Kroll, Mark Skylar-Scott, Ph. D., David Kolesky, Ph. D., Donald Mau und Thomas Ferrante; Tomoya Miyoshi auf Morizane team; und M. Todd Valerius, Ph. D., Principal Investigator an der Brigham. Die Studie wurde finanziert von der National Institutes of Health, der Harvard Wyss Institut für Biologisch Inspirierte Engineering und an der Harvard Stem Cell Institute.