PSC诱导分化肾脏类器官2021-10-28 09:46:09
器官体外分化技术的原理是通过模拟体内的器官发育信号通路,用小分子化合物和生长因子将 hESC或hiPSC诱导分化为类器官。在肾脏领域中,最初的肾脏细胞分化方案并非分化为肾脏类器官,而是分化为 NPC 或是特定的肾系细胞。2009年,Morizane等通过实验证明除了ESC 以外,iPSC也可以通过激活素A、Bmp7、GDNF 和Wnt4等因子成功诱导分化出肾小管上皮细胞和足细胞,明确了iPSC分化为肾系细胞的潜力。Song等用激活素A、BMP7和维甲酸,成功将iPSC诱导为足细胞。由于当时对胚胎肾发育的信号通路框架还未完全建立,这些方案选用的诱导试剂不是最佳选择,分化的细胞也无法满足在体外模拟肾脏器官结构和功能特性的研究需求。肾脏类器官的出现将肾脏研究领域提到了一个新高度。2014年,Taguchi等首次用小鼠细胞构建出肾脏类器官的体外分化方案。该方案成功将 iPSC分化为MM细胞,并对肾脏的分化过程进行了重新的定义,MM细胞通过经典Wnt通路的调控最后分化成为带有肾小管和肾小球的肾脏类器官。该方案用Bmp4诱导 iPSC 分化至拟胚体细胞,再用激活素A与 FGF9将拟胚体诱导分化为中胚层细胞,随后在Bmp4和高浓度CHIR99021 的作用下形成未成熟的后中胚层,主要标志为T和 Hoxd11。再进一步用激活素A、Bmp4、维甲酸和低浓度 CHIR99021诱导细胞至后中间中胚层,主要标志为 Osr1、养方式下的干细胞会自发性聚集形成中空球体,CHIR99021处理36h后移除,第 21天左右形成管状结构的肾脏类器官,其中含有近端肾小管、远端肾小管和足细胞。
该方案后来被改良成一个全自动化、高通量的肾脏类器官生产方法 ,并被Stemcell公司购买。方案的Protocol发表于 Methods in Cell Biology。相比于其他方案,该方案步骤简单,成本低,但是由于只选用了一个诱导试剂导致脱靶分化细胞较多,免疫荧光染色结果表示其中包含vWF+CD31+的内皮样细胞和TUJ1+的神经元样细胞。Wt1和Hoxd11。最后用极低浓度 CHIR99021与 FGF9共同作用调控细胞分化,在第 14 天产生带有肾单元前体细胞标志Six2的MM,最后分化为肾脏类器官。该方案的革新点在于颠覆了以往对肾单元前体细胞来源的认知,通过实验证明了前期与后期IM对肾管和MM分化的影响,并将 PS 细胞精确调控至后中间中胚层阶段,使其表达后肾间质前体的关键转录因子Hoxd11,确保了细胞是向后肾间质而非肾管方向分化。
出自《多能干细胞诱导分化为肾脏类器官的研究进展与挑战》作者刘艺霖, 吴志鹏,邱江。
出自《多能干细胞诱导分化为肾脏类器官的研究进展与挑战》作者刘艺霖, 吴志鹏,邱江。
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