Odlade mini-njurar skapar nya möjligheter för forskarna.
Ett internationellt team av forskare under ledning av Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har lyckats odla fram mini-njurar som skulle kunna användas för att bättre förstå hur njursjukdomar utvecklas hos enskilda patienter.
Mini-njurarna, kända som njurorganoider, odlades fram utanför kroppen med hjälp av hudceller från en patient med polycystisk njursjukdom, en av de vanligaste ärftliga orsakerna till njursvikt hos vuxna.
Forskarna omprogrammerade dessa celler för att erhålla patientspecifika pluripotenta stamceller, som under rätt förhållanden kan utvecklas till njurorganoider som liknar mänskliga fosternjurar under de första tre till sex månaderna av utvecklingen.
Forskarna använde sedan njureorganoiderna för att utvärdera de terapeutiska effekterna av två läkemedelsmolekyler för behandling av genetisk polycystisk njursjukdom, och resultaten visade att forskningen kan ha ett betydande värde för att utveckla personliga behandlingar för personer med sjukdomen. Detta är positivt då dagens tillvägagångssätt för att testa potentiella behandlingar genom ”läkemedelsscreening” inte tar hänsyn till det faktum att de genetiska fel som orsakar njursjukdomar varierar från patient till patient.
Genom att generera inducerade pluripotenta stamceller från en vuxen patient med en genetisk njursjukdom och sedan odla njurorganoider från dem, har forskarteamet banat vägen för att skräddarsy behandlingsplaner specifika för varje patient.
– En patients genetiska bakgrund är nära sammanflätad med hur njursjukdomen kommer att utvecklas, eftersom typen av mutation inom den sjukdom som orsakar sjukdomen kan skilja sig från patient till patient. Våra njurorganoider, odlade från cellerna hos en patient med ärftlig polycystisk njursjukdom, har gjort det möjligt för oss att ta reda på vilka läkemedel som är mest effektiva för denna specifika patient. Vi tror att denna strategi kan utvidgas till att studera många andra typer av njursjukdomar, såsom diabetisk nefropati, säger Universitetslektor Xia vid NTU Lee Kong Chian School of Medicine.
Ny insikt i den mänskliga njurutvecklingen
Njurorgan-organoiderna som har utvecklats av Asst Prof Xia och hennes team kan också erbjuda ny insikt om mänsklig njurutveckling, som för närvarande inte kan studeras på djupet på grund av oron kring mänsklig stamcellsforskning.
Även om ursprunget till njurblodkärlsnätverk inte är fullt känt, är det allmänt känt att en typ av stamcell, känd som ”vaskulära förfäder”, är involverad i deras bildning genom att utvecklas till blodkärlsceller.
Genom att undersöka den genetiska informationen i organoidens enskilda celler upptäckte det NTU-ledda teamet också en ny källa av stamceller som bidrar till att tillverka dessa blodkärlsnätverk: nefronprogenitorceller.
– Vi observerade en mycket robust och konsekvent utveckling av blodkärlsnät i våra njurorganoider, som öppnar nya dörrar för att undersöka den tidiga utvecklingen av njurblodkärlsnäten. Genom denna nya organoidplattform upptäckte vi oväntat en ny källa till njurblodkärl som kan förbättra vår förståelse för njurutveckling, säger professor Foo Jia Nee.
Mini-njurarna kan också användas för att bättre förstå utvecklingen av nefroner i njurarna. Antalet nefroner vid födseln är omvänt korrelerat med förekomst av hypertoni och njursvikt senare i livet. Att vara född med ett högt antal nefroner verkar ge ett visst skydd mot njursjukdom.
– En grundlig förståelse av mänsklig embryonal njurutveckling, särskilt hur miljöfaktorer påverkar processen, kan hjälpa oss att utveckla sätt att främja ett högt nefronantal hos foster under graviditeten, säger professor Xia.
För att studera effekterna av genetisk polycystisk njursjukdom tog professor Xia och hennes team först vanliga vuxna celler från en vuxen patient med sjukdomen och omprogrammerade dem genetiskt till stamceller. Skapandet av dessa inducerade pluripotenta stamceller är nödvändigt, eftersom den vuxna människokroppen inte har några njurstamceller. Två viktiga kemikalier tillsattes sedan för att rikta dessa inducerade pluripotenta stamceller för att de skulle växa till njurorganoider.
Fyra till fem veckor senare utvecklade organoiderna vätskefyllda cystor som är karakteristiska för sjukdomen. Detta signalerade att de var redo att användas för att testa effektiviteten hos potentiella läkemedelskandidater för läkemedelsutveckling.
Detta tillvägagångssätt kan också användas för att generera njurorganoider från stamceller som kommer från friska individer. När njurorganoiderna implanterades i möss, kopplade sig mini-njurarnas blodkärlsnätverk framgångsrikt till värdmösscirkulationssystemet och utvecklade en fungerande struktur för filtrering och åderabsorption.