Een team van wetenschappers van de Keck School of Medicine van USC heeft een belangrijke bouwsteen gecreëerd voor het samenstellen van een synthetische nier. In een nieuwe studie in Natuurcommunicatie, Zhongwei Li en zijn collega's beschrijven hoe ze rudimentaire nierstructuren kunnen genereren, bekend als organoïden, die lijken op het verzamelkanaalsysteem dat helpt de lichaamsvloeistof- en pH-balans te behouden door urine te concentreren en te transporteren.

"Onze vooruitgang bij het creëren van nieuwe soorten nierorganoïden biedt krachtige hulpmiddelen om niet alleen de ontwikkeling en ziekte te begrijpen, maar ook om nieuwe behandelingen en regeneratieve benaderingen voor patiënten te vinden," zei Li, de corresponderende auteur van de studie en een assistent-professor in de geneeskunde, en van stam celbiologie en regeneratieve geneeskunde.

De bouwstenen maken

De eerste auteurs van de studie, promovendus Zipeng Zeng en postdoc Biao Huang, en het team begonnen met een populatie van zogenaamde ureterknopvoorlopercellen, of UPC's, die een belangrijke rol spelen in de vroege nierontwikkeling. Met behulp van eerst muizen- en vervolgens menselijke UPC's konden de wetenschappers cocktails van moleculen ontwikkelen die de cellen aanmoedigen om organoïden te vormen die lijken op uretische knoppen - de vertakkende buizen die uiteindelijk aanleiding geven tot het verzamelkanaalsysteem. De wetenschappers zijn er ook in geslaagd een andere cocktail te vinden die ervoor zorgt dat menselijke stamcellen zich ontwikkelen tot ureterknoporganoïden.

Een extra moleculaire cocktail zorgde ervoor dat ureterknop-organoïden – gekweekt uit UPC’s van muizen of menselijke stamcellen – zich op betrouwbare wijze ontwikkelden tot nog volwassener en complexere verzamelkanaalorganoïden.

De organoïden van de ureterknop van mens en muis kunnen ook genetisch worden gemanipuleerd om mutaties te bevatten die ziekten bij patiënten veroorzaken, waardoor betere modellen worden verkregen voor het begrijpen van nierproblemen en voor het screenen van potentiële therapeutische geneesmiddelen. De wetenschappers hebben bijvoorbeeld een gen uitgeschakeld om een ​​organoïde model van aangeboren afwijkingen van de nieren en de urinewegen te creëren, bekend als CAKUT.

Naast het dienen als modellen van ziekte, kunnen ureterknoporganoïden ook een essentieel ingrediënt blijken te zijn in het recept voor een synthetische nier. Om deze mogelijkheid te onderzoeken, combineerden de wetenschappers muis-ureterknoporganoïden met een tweede populatie muiscellen: de voorlopercellen die nefronen vormen, die de filtereenheden van de nier zijn. Na het inbrengen van de punt van een in het laboratorium gekweekte ureterknop in een klomp NPC's, observeerde het team de groei van een uitgebreid netwerk van vertakkende buizen die deden denken aan een verzamelkanaalsysteem, versmolten met rudimentaire nefronen.

“Onze ontwikkelde muizennier bracht een verbinding tot stand tussen het nefron en het verzamelkanaal – een essentiële mijlpaal in de richting van het bouwen van een functioneel orgaan in de toekomst”, aldus Li.

###

Over de studie

Het project bracht wetenschappers van het USC/UKRO Kidney Research Center, Li's voornaamste affiliatie, samen; het Eli en Edythe Broad Center for Regenerative Medicine and Stem Cell Research bij USC; de afdelingen Geneeskunde, Stamcelbiologie en Regeneratieve Geneeskunde; en de afdelingen Nefrologie en Hypertensie, en Maternale Foetale Geneeskunde. Andere auteurs zijn onder meer Riana K. Parvez, Yidan Li, Jyunhao Chen, Ariel C. Vonk, Matthew E. Thornton, Tadrushi Patel, Elisabeth A. Rutledge, Albert D. Kim, Jingying Yu, Brendan H. Grubbs, Jill A. McMahon, Núria M. Pastor-Soler, Kenneth R. Hallows en Andrew P. McMahon.

Twintig procent van dit werk werd ondersteund door federale financiering van het National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (subsidie ​​DK054364 en F31 fellowship DK107216). De rest van de steun kwam uit departementale startfinanciering, steun van de UKRO-stichting, een USC Stem Cell Challenge Award en het Bridges Program van het California Institute for Regenerative Medicine (CIRM).

Over Keck School of Medicine

De Keck School of Medicine van USC, opgericht in 1885, is een van de toonaangevende medische instellingen van het land, bekend om innovatieve patiëntenzorg, wetenschappelijke ontdekkingen, onderwijs en dienstverlening aan de gemeenschap. Medische en afgestudeerde studenten werken nauw samen met wereldberoemde docenten en krijgen praktijkgerichte training in een van de meest diverse gemeenschappen van het land. Ze nemen deel aan baanbrekend onderzoek terwijl ze zich ontwikkelen tot de gezondheidsleiders van morgen. Met meer dan 900 huisartsen verspreid over 50 specialistische en subspeciale programma's is de Keck School de grootste opleider van artsen in Zuid-Californië.