Chip de glomérulo renal isogénico diseñado a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos

Yasmin Roye; Samira Musah

doi:10.3791/63821

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Artículo de método

Chip de glomérulo renal isogénico diseñado a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos

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DOI:

10.3791/63821

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4 de noviembre de 2022

Yasmin Roye¹ , Samira Musah¹^,²^,³^,⁴

¹Department of Biomedical Engineering, Pratt School of Engineering, Duke University, ²Department of Medicine, Division of Nephrology, Duke University School of Medicine, ³Department of Cell Biology, Duke University, ⁴Center for Biomolecular and Tissue Engineering, Duke University

En este artículo

Resumen

Aquí se presenta un protocolo para diseñar un sistema personalizado de órgano en un chip que recapitula la estructura y función de la barrera de filtración glomerular renal mediante la integración de células endoteliales epiteliales y vasculares genéticamente emparejadas diferenciadas de las células madre pluripotentes inducidas por humanos. Este sistema de bioingeniería puede avanzar en la medicina de precisión renal y aplicaciones relacionadas.

Resumen

La enfermedad renal crónica (ERC) afecta al 15% de la población adulta de los Estados Unidos, pero el establecimiento de terapias dirigidas se ha visto limitado por la falta de modelos funcionales que puedan predecir con precisión las respuestas biológicas humanas y la nefrotoxicidad. Los avances en la medicina de precisión renal podrían ayudar a superar estas limitaciones. Sin embargo, los modelos in vitro previamente establecidos del glomérulo renal humano, el sitio primario para la filtración de sangre y un objetivo clave de muchas enfermedades y toxicidades farmacológicas, generalmente emplean poblaciones celulares heterogéneas con características funcionales limitadas y antecedentes genéticos inigualables. Estas características limitan significativamente su aplicación para el modelado de enfermedades específicas del paciente y el descubrimiento terapéutico.

Este artículo presenta un protocolo que integra epitelio glomerular derivado de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPS) y endotelio vascular de un solo paciente para diseñar un chip de glomérulo renal microfluídico isogénico y vascularizado. El chip de glomérulo resultante está compuesto por capas de células endoteliales y epiteliales derivadas de células madre que expresan marcadores específicos del linaje, producen proteínas de la membrana basal y forman una interfaz tejido-tejido que se asemeja a la barrera de filtración glomerular del riñón. El chip de glomérulo diseñado filtra selectivamente las moléculas y recapitula la lesión renal inducida por fármacos. La capacidad de reconstituir la estructura y función del glomérulo renal utilizando tipos de células isogénicas crea la oportunidad de modelar la enfermedad renal con la especificidad del paciente y avanzar en la utilidad de los órganos en chips para la medicina de precisión renal y aplicaciones relacionadas.

Introducción

Los dispositivos de órgano en un chip son modelos 3D dinámicos in vitro que emplean estimulación molecular y mecánica, así como vascularización, para formar interfaces tejido-tejido que modelan la estructura y función de órganos específicos. Los dispositivos de órgano en un chip previamente establecidos que tenían como objetivo recapitular el glomérulo del riñón (chips de glomérulo) consistían en líneas celulares animales¹ o líneas celulares primarias e inmortalizadas humanas de fuentes heterogéneas ^2,3. El uso de fuentes celulares genéticamente heterogéneas presenta variacione....