Chip de glomérulo renal isogênico projetado a partir de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos

Yasmin Roye; Samira Musah

doi:10.3791/63821

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Artigo de método

Chip de glomérulo renal isogênico projetado a partir de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos

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DOI:

10.3791/63821

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4 de novembro 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

Neste artigo

Resumo

Apresentamos aqui um protocolo para projetar um sistema personalizado de organ-on-a-chip que recapitula a estrutura e a função da barreira de filtração glomerular renal, integrando células endoteliais epiteliais e vasculares geneticamente combinadas diferenciadas de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos. Este sistema de bioengenharia pode avançar a medicina de precisão renal e aplicações relacionadas.

Resumo

A doença renal crônica (DRC) afeta 15% da população adulta dos EUA, mas o estabelecimento de terapias direcionadas tem sido limitado pela falta de modelos funcionais que possam prever com precisão as respostas biológicas humanas e a nefrotoxicidade. Os avanços na medicina de precisão renal podem ajudar a superar essas limitações. No entanto, modelos in vitro previamente estabelecidos do glomérulo renal humano - o local primário para a filtração do sangue e um alvo-chave de muitas doenças e toxicidades de drogas - normalmente empregam populações celulares heterogêneas com características funcionais limitadas e antecedentes genéticos incomparáveis. Essas características limitam significativamente sua aplicação para modelagem de doenças específicas do paciente e descoberta terapêutica.

Este trabalho apresenta um protocolo que integra o epitélio glomerular derivado de células-tronco pluripotente induzido por humanos (iPS) (podócitos) e endotélio vascular de um único paciente para projetar um chip de glomérulo renal microfluídico isogênico e vascularizado. O chip glomérulo resultante é composto de camadas de células endoteliais e epiteliais derivadas de células-tronco que expressam marcadores específicos de linhagem, produzem proteínas da membrana basal e formam uma interface tecido-tecido semelhante à barreira de filtração glomerular do rim. O chip de glomérulo modificado filtra seletivamente moléculas e recapitula a lesão renal induzida por drogas. A capacidade de reconstituir a estrutura e a função do glomérulo renal usando tipos de células isogênicas cria a oportunidade de modelar a doença renal com a especificidade do paciente e avançar a utilidade de órgãos em chips para medicina de precisão renal e aplicações relacionadas.

Introdução

Os dispositivos organ-on-a-chip são modelos dinâmicos 3D in vitro que empregam estimulação molecular e mecânica, bem como vascularização, para formar interfaces tecido-tecido que modelam a estrutura e a função de órgãos específicos. Dispositivos organ-on-a-chip previamente estabelecidos que visavam recapitular o glomérulo do rim (chips de glomérulo) consistiam em linhagens celulares animais¹ ou linhagens celulares primárias e imortalizadas humanas de fontes heterogêneas ^2,3. O uso de fontes celulares geneticamente heterogêneas apresenta variações que limitam significativamente ....