Chip glomerulo renale isogenico ingegnerizzato da cellule staminali pluripotenti indotte umane

Yasmin Roye; Samira Musah

doi:10.3791/63821

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Articolo metodologico

Chip glomerulo renale isogenico ingegnerizzato da cellule staminali pluripotenti indotte umane

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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

In questo articolo

Sommario

Presentato qui è un protocollo per progettare un sistema organo-on-a-chip personalizzato che ricapitola la struttura e la funzione della barriera di filtrazione glomerulare renale integrando cellule endoteliali epiteliali e vascolari geneticamente abbinate differenziate dalle cellule staminali pluripotenti indotte umane. Questo sistema bioingegnerizzato può far progredire la medicina di precisione renale e le applicazioni correlate.

Abstract

La malattia renale cronica (CKD) colpisce il 15% della popolazione adulta degli Stati Uniti, ma l'istituzione di terapie mirate è stata limitata dalla mancanza di modelli funzionali in grado di prevedere con precisione le risposte biologiche umane e la nefrotossicità. I progressi nella medicina di precisione renale potrebbero aiutare a superare questi limiti. Tuttavia, i modelli in vitro precedentemente stabiliti del glomerulo renale umano - il sito primario per la filtrazione del sangue e un bersaglio chiave di molte malattie e tossicità dei farmaci - impiegano tipicamente popolazioni cellulari eterogenee con caratteristiche funzionali limitate e background genetici senza pari. Queste caratteristiche limitano significativamente la loro applicazione per la modellazione della malattia specifica del paziente e la scoperta terapeutica.

Questo articolo presenta un protocollo che integra l'epitelio glomerulare derivato dalle cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPS) e l'endotelio vascolare da un singolo paziente per progettare un chip glomerulo renale microfluidico isogenico e vascolarizzato. Il chip glomerulo risultante è costituito da strati di cellule endoteliali ed epiteliali derivati da cellule staminali che esprimono marcatori specifici del lignaggio, producono proteine di membrana basale e formano un'interfaccia tessuto-tessuto simile alla barriera di filtrazione glomerulare del rene. Il chip glomerulo ingegnerizzato filtra selettivamente le molecole e ricapitola il danno renale indotto da farmaci. La capacità di ricostituire la struttura e la funzione del glomerulo renale utilizzando tipi di cellule isogeniche crea l'opportunità di modellare la malattia renale con la specificità del paziente e far progredire l'utilità degli organi su chip per la medicina di precisione renale e le applicazioni correlate.

Introduzione

I dispositivi organ-on-a-chip sono modelli dinamici 3D in vitro che impiegano la stimolazione molecolare e meccanica, nonché la vascolarizzazione, per formare interfacce tessuto-tessuto che modellano la struttura e la funzione di organi specifici. I dispositivi organ-on-a-chip precedentemente stabiliti che miravano a ricapitolare il glomerulo del rene (chip di glomerulo) consistevano in linee cellulari animali¹ o linee cellulari primarie e immortalizzate umane di fonti eterogenee ^2,3. L'uso di fonti cellulari geneticamente eterogenee presenta variazioni che limitano significati....