Puce de glomérule rénal isogénique conçue à partir de cellules souches pluripotentes induites par l’homme

Yasmin Roye; Samira Musah

doi:10.3791/63821

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Article de méthode

Puce de glomérule rénal isogénique conçue à partir de cellules souches pluripotentes induites par l’homme

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DOI :

10.3791/63821

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4 novembre 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

Dans cet article

Résumé

Un protocole visant à concevoir un système personnalisé d’organe sur puce qui récapitule la structure et la fonction de la barrière de filtration glomérulaire rénal en intégrant des cellules endothéliales épithéliales et vasculaires génétiquement appariées différenciées des cellules souches pluripotentes induites par l’homme. Ce système de bio-ingénierie peut faire progresser la médecine de précision rénale et les applications connexes.

Résumé

L’insuffisance rénale chronique (IRC) affecte 15% de la population adulte américaine, mais la mise en place de thérapies ciblées a été limitée par le manque de modèles fonctionnels capables de prédire avec précision les réponses biologiques humaines et la néphrotoxicité. Les progrès de la médecine rénale de précision pourraient aider à surmonter ces limites. Cependant, les modèles in vitro précédemment établis du glomérule rénal humain - le site principal pour la filtration du sang et une cible clé de nombreuses maladies et toxicités médicamenteuses - utilisent généralement des populations cellulaires hétérogènes avec des caractéristiques fonctionnelles limitées et des antécédents génétiques inégalés. Ces caractéristiques limitent considérablement leur application pour la modélisation de maladies spécifiques au patient et la découverte thérapeutique.

Cet article présente un protocole qui intègre l’épithélium glomérulaire (podocytes) dérivé de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPS) et l’endothélium vasculaire d’un seul patient pour concevoir une puce de glomérule rénal microfluidique isogénique et vascularisée. La puce glomérule résultante est composée de couches de cellules endothéliales et épithéliales dérivées de cellules souches qui expriment des marqueurs spécifiques à la lignée, produisent des protéines de membrane basale et forment une interface tissu-tissu ressemblant à la barrière de filtration glomérulaire du rein. La puce de glomérule modifiée filtre sélectivement les molécules et récapitule les lésions rénales induites par les médicaments. La capacité de reconstituer la structure et la fonction du glomérule rénal à l’aide de types de cellules isogéniques crée la possibilité de modéliser la maladie rénale avec la spécificité du patient et de faire progresser l’utilité des organes sur puce pour la médecine rénale de précision et les applications connexes.

Introduction

Les dispositifs d’organe sur puce sont des modèles 3D dynamiques in vitro qui utilisent la stimulation moléculaire et mécanique, ainsi que la vascularisation, pour former des interfaces tissus-tissus qui modélisent la structure et la fonction d’organes spécifiques. Les dispositifs d’organe sur puce précédemment établis qui visaient à récapituler le glomérule du rein (puces de glomérule) étaient constitués de lignées cellulaires animales¹ ou de lignées cellulaires primaires et immortalisées humaines de sources hétérogènes ^2,3. L’utilisation de sources cellulaires génétiquement h....