Nerka odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu fizjologicznej homeostazy, w zależności od jej jednostki funkcjonalnej. Nefrony, które wydalają produkty przemiany materii, mogą regulować skład płynów ustrojowych. Przewlekła choroba nerek (PChN), spowodowana dziedzicznymi mutacjami lub innymi czynnikami wysokiego ryzyka, ostatecznie przekształci się w schyłkową niewydolność nerek (ESKD)1,2. ESKD jest najwyraźniej spowodowane ograniczoną zdolnością regeneracji nefronów. W związku z tym konieczna jest terapia nerkozastępcza. Ukierunkowane różnicowanie ludzkich iPSC umożliwia generowanie in vitro specyficznych dla pacjenta organoidów nerkowych 3D, które można wykorzystać do badania rozwoju nerek, modelowania chorób specyficznych dla pacjenta i przeprowadzania badań przesiewowych leków nefrotoksycznych3,4.
Podczas rozwoju embrionalnego, nerki pochodzą z mezodermy pośredniej (IM), która odróżnia się od prążka pierwotnego (PS). Klasyczny szlak sygnałowy WNT może indukować dodatkowe różnicowanie IM przy skoordynowanym udziale FGF (FGF9, FGF20) i BMP (sygnalizacja Bmp7 przez JNK)5,6,7. Wytwarzają one dwie ważne populacje komórek progenitorowych nefryki (NPC): pączek moczowodu (UB) i mezenchymę śródnerczyczą (MM), tworzące odpowiednio kanały zbiorcze i nefron8,9. Każdy nefron składa się z segmentów kłębuszkowych i rurkowych, takich jak kanaliki proksymalne i dystalne oraz pętla Henle10,11. Zgodnie z teorią wspomnianą powyżej, obecnie opublikowane protokoły naśladują kaskady sygnałowe i stymulację czynnika wzrostu w celu indukcji organoidów nerkowych5,12.
W ciągu ostatnich kilku lat opracowano wiele protokołów różnicujących ludzkie iPSC na organoidy nerkowe5,6,7,12. Takasato i wsp.7 zoptymalizowali czas trwania leczenia CHIR (agonistą WNT) przed zastąpieniem przez FGF9. Zgodnie z ich protokołem, ekspozycja na CHIR przez 4 dni, a następnie FGF9 przez 3 dni, jest najskuteczniejszym sposobem wywołania IM z iPSC. Filtry Transwell zostały wykorzystane jako format hodowli w ich procedurze; Jednak ta metoda jest trudna dla początkujących. Dlatego Kumar i in.13 próbowali zmienić format kultury i zdecydowali się zawiesić kulturę. Dysocjowali przylegające komórki w dniu 7 w celu wysiewu na płytkach o niskiej przyczepności, aby pomóc im złożyć się w ciała embrionoidalne (EB), które zawierają struktury podobne do nefronów. Efekt wsadowy tych metod był jednak widoczny, zwłaszcza w przypadku różnych iPSC. Ponadto w różnej literaturze stwierdzono, że stężenie CHIR wahało się od 7 μM do 12 μM5,13,14.
Spekulowaliśmy, że stężenie gęstości komórek i CHIR może wpływać na wytwarzanie organoidów w różnych iPSC, co zostało wielokrotnie zweryfikowane w naszych eksperymentach. Obecny protokół nieznacznie zmodyfikował metodę badania Kumar et al.13 i zapewnił użytkownikom procedurę krok po kroku. Schemat i schemat podejścia są pokazane w Rysunek 1.