Πολυκυστική νόσος των νεφρών : μοντέλα μίνι νεφρών για τον εντοπισμό πιθανών φαρμάκων

Οι επιστήμονες δημιούργησαν απλές δομές που μοιάζουν με τα νεφρά και ονομάζονται οργανοειδή και τις χρησιμοποίησαν για να εντοπίσουν πιθανά φάρμακα για τη θεραπεία της πολυκυστικής νόσου των νεφρών των ενηλίκων.

Σε μια νέα μελέτη στο Cell Stem Cell, επιστήμονες από το εργαστήριο του Andy McMahon στο USC, δημιούργησαν απλές δομές που μοιάζουν με τα νεφρά και ονομάζονται οργανοειδή και τις χρησιμοποίησαν για να εντοπίσουν πιθανά φάρμακα για τη θεραπεία της πολυκυστικής νόσου των νεφρών των ενηλίκων.

Η μορφή πολυκυστικής νεφρικής νόσου που εμφανίζεται στους ενήλικες και επηρεάζει 8 εκατομμύρια ασθενείς παγκοσμίως, ακολουθεί το γνωστό ως “αυτοσωμικό επικρατές” πρότυπο κληρονομικότητας – που σημαίνει ότι η νόσος αναπτύσσεται όταν ένα άτομο κληρονομεί ένα κακό αντίγραφο του γονιδίου PKD1 ή PKD2 και χάνεται επίσης η δραστηριότητα του δεύτερου καλού αντιγράφου.

Η αυτοσωματική επικρατούσα πολυκυστική νόσος των νεφρών (ADPKD) προκαλεί μεγάλες κύστεις γεμάτες υγρό σε πολλές περιοχές του νεφρού, οδηγώντας σε απώλεια της νεφρικής λειτουργίας και άλλες απειλητικές για τη ζωή επιπλοκές που επηρεάζουν το ήπαρ, το πάγκρεας και την καρδιά.

Το Tolvaptan, το μόνο εγκεκριμένο από τον FDA φάρμακο για τη θεραπεία της ADPKD, επιβραδύνει αλλά δεν εμποδίζει την εξέλιξη της νόσου και λειτουργεί μόνο σε ένα υποσύνολο κύστεων που αποτελούνται από έναν συγκεκριμένο τύπο νεφρικών κυττάρων.

Για να επιταχύνουν την αναζήτηση νέων θεραπειών για την ADPKD, οι πρώτοι συγγραφείς Tracy Tran, Cheng (Jack) Song και οι συνεργάτες τους, ξεκίνησαν με ανθρώπινα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα, τα οποία έχουν την ικανότητα, είτε να πολλαπλασιάζονται για να παράγουν περισσότερα βλαστικά κύτταρα, είτε να διαφοροποιούνται σε πολλούς διαφορετικούς τύπους εξειδικευμένων κυττάρων.

Χρησιμοποίησαν αυτά τα πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα για να αναπτύξουν οργανοειδή που αποτελούνται από μία ή δύο δομές που μοιάζουν με τις μονάδες φιλτραρίσματος των νεφρών, γνωστές ως νεφρώνες.

“Αυτά τα οργανοειδή είναι απλά, αναπαραγώγιμα, επεκτάσιμα και οικονομικά αποδοτικά”, δήλωσε ο καθηγητής McMahon, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, πρόεδρος του Τμήματος Βιολογίας Βλαστοκυττάρων και Αναγεννητικής Ιατρικής και διευθυντής του Κέντρου Eli και Edythe Broad για την Αναγεννητική Ιατρική και την Έρευνα Βλαστοκυττάρων στο USC.

“Το πιο σημαντικό είναι ότι τα οργανοειδή μπορούν να αναπαράγουν με συνέπεια βασικές πτυχές της φυσιολογικής ανάπτυξης των ανθρώπινων νεφρών, καθώς και τον σχηματισμό κύστεων στην ADPKD”

Οι επιστήμονες απέδειξαν ότι τα οργανοειδή περιείχαν πολλές από τις κυτταρικές πρόδρομες ουσίες και τις γενετικές υπογραφές που απαιτούνται για τη δημιουργία του νεφρού κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη. Όταν εμφυτεύτηκαν σε ποντίκια, οι δομές των οργανοειδών που έμοιαζαν με νεφρώνες, άρχισαν να αναπτύσσουν αγγεία και μάλιστα απέκτησαν περιορισμένη ικανότητα να φιλτράρουν τα απόβλητα – μία από τις σημαντικότερες λειτουργίες του νεφρού.

Για να καταστήσουν τα οργανοειδή χρήσιμα για τη μελέτη της ADPKD, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν γονιδιακή επεξεργασία CRISPR/Cas9 για να αδρανοποιήσουν την PKD1 ή την PKD2. Όπως αναμενόταν, τα γενετικά τροποποιημένα οργανοειδή άρχισαν να σχηματίζουν κύστεις, οι οποίες τελικά αποκολλήθηκαν και η διάμετρός τους μεγάλωσε σε μέγεθος εκατοστών.

Στη συνέχεια, οι επιστήμονες πραγματοποίησαν την πρώτη εξέταση με τη χρήση γονιδιακά τροποποιημένων ανθρώπινων οργανοειδών για τον εντοπισμό πιθανών θεραπευτικών φαρμάκων για την ADPKD, εστιάζοντας σε μια συλλογή αναστολέων ενζύμων που θα δώσουν ευρεία εικόνα των κυτταρικών μηχανισμών που ελέγχουν τον σχηματισμό κύστεων.

“Τα οργανοειδή μας αποδείχθηκαν πολύ χρήσιμα για τον εντοπισμό υποψήφιων θεραπευτικών φαρμάκων που χρήζουν περαιτέρω μελέτης για τη θεραπεία της ADPKD”, δήλωσε ο Song, ο οποίος είναι μεταδιδακτορικός υπότροφος της Amgen στο εργαστήριο McMahon.

Αφού δοκίμασαν μια συλλογή από 247 ενώσεις αναστολέων ενζύμων στα οργανοειδή, οι επιστήμονες βρήκαν εννέα που ανέστειλαν την ανάπτυξη των κύστεων, χωρίς να εμποδίζουν τη συνολική ανάπτυξη των οργανοειδών. Μια ένωση, η κιναζολίνη, ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματική.

“Στο μέλλον, τα οργανοειδή θα αποτελέσουν ένα όλο και πιο ισχυρό εργαλείο για τη μοντελοποίηση και την κατανόηση των ανθρώπινων ασθενειών, τον εντοπισμό πιθανών θεραπειών και τελικά, την παροχή μεταμοσχεύσεων για την αντικατάσταση της λειτουργίας των οργάνων των ασθενών”, δήλωσε ο Tran, ο οποίος πραγματοποίησε την έρευνα ως διδακτορικός φοιτητής στο UCLA.

Πρόσθετοι συν-συγγραφείς είναι οι Trang Nguyen, Shun-Yang Cheng, Jill A. McMahon, Rui Yang, Qiuyu Guo, Balint Der και Nils O. Lindström στο USC και ο Daniel C. -H. Lin στην Amgen. Ο Guo ολοκληρώνει τώρα τη μεταδιδακτορική του εκπαίδευση στο UCLA και ο Lin εργάζεται στην 23andMe.

Το 100% της εργασίας, υποστηρίχθηκε από ομοσπονδιακή χρηματοδότηση από το Εθνικό Ινστιτούτο Διαβήτη και Πεπτικών και Νεφρικών Νόσων (επιχορήγηση DK054364) και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (επιχορήγηση κατάρτισης T32HD060549). Πρόσθετη υποστήριξη προήλθε από ιδιωτικές πηγές, συμπεριλαμβανομένου του προγράμματος μεταδιδακτορικής υποτροφίας Amgen-USC και της γενναιόδωρης δωρεάς που ίδρυσε τη Choi Family Therapeutic Screening Facility στο USC.

ΠΗΓΗ: Keck School of Medicine of USC

Βιβλιογραφία

Tracy Tran, Cheng Jack Song, Trang Nguyen, Shun-Yang Cheng, Jill A. McMahon, Rui Yang, Qiuyu Guo, Balint Der, Nils O. Lindström, Daniel C.-H. Lin, Andrew P. McMahon. A scalable organoid model of human autosomal dominant polycystic kidney disease for disease mechanism and drug discovery. Cell Stem Cell, 2022; 29 (7): 1083 DOI: 10.1016/j.stem.2022.06.005