Células separadas do hiPSC

Biologia da Comunicação volume 6, Número do artigo: 483 (2023) Citar este artigo

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Ultimamente, vários sistemas microfisiológicos têm sido empregados para modelar o túbulo proximal renal. No entanto, faltam pesquisas sobre como refinar as funções da camada epitelial do túbulo proximal - filtração seletiva e reabsorção. Neste relatório, pseudocélulas do túbulo proximal extraídas de organoides renais derivados de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos são combinadas e cultivadas com células do túbulo proximal imortalizadas. É demonstrado que o tecido cocultivado é um epitélio impermeável que oferece níveis melhorados de certos transportadores, proteínas da matriz extracelular colágeno e laminina e transporte de glicose superior e atividade da glicoproteína-P. Níveis de expressão de mRNA superiores aos obtidos de cada tipo de célula foram detectados, sugerindo um crosstalk sinérgico anômalo entre os dois. Paralelamente, as melhorias nas características morfológicas e no desempenho da camada de tecido túbulo proximal imortalizada exposta, após a maturação, às células endoteliais da veia umbilical humana são minuciosamente quantificadas e comparadas. A reabsorção de glicose e albumina, bem como as taxas de efluxo de xenobióticos através da glicoproteína-P melhoraram. Os dados apresentados lado a lado destacam as vantagens da camada epitelial cocultivada e da bicamada não baseada em iPSC. Os modelos in vitro aqui apresentados podem ser úteis em estudos personalizados de nefrotoxicidade.

O túbulo proximal localizado na faixa externa da medula renal é o principal local de reabsorção de sódio, água, aminoácidos e outros nutrientes essenciais, como glicose e albumina, que de outra forma seriam desperdiçados do filtrado glomerular1,2. O órgão é, portanto, de importância crucial e tem sido objeto de várias tentativas de modelagem3,4,5,6,7.

Embora dados recentes destaquem claramente os efeitos da vasculatura endotelial no epitélio do túbulo proximal6, ainda faltam pesquisas sobre a otimização do próprio tecido epitelial, pois modelos anteriores usaram células primárias ou linhagens celulares imortalizadas. Uma opção seria utilizar células-tronco por sua reprodutibilidade e capacidade de oferecer características in vivo muito melhores. No entanto, não existem fontes de células-tronco capazes de produzir néfrons no órgão adulto, pois os progenitores de néfrons são todos consumidos no nascimento8,9,10, enquanto a obtenção de células progenitoras renais a partir de rim embrionário pode parecer eticamente inapropriada.

Alternativamente, esses progenitores podem ser recriados a partir de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSCs) e diferenciados diretamente em uma variedade de tipos de células renais por meio de protocolos passo a passo11,12,13,14. Embora recentemente células semelhantes a túbulos proximais tenham sido geradas a partir de linhas iPSC diretamente para fins de avaliação no chip15, em geral, esses produtos especializados carecem do nicho 3D presente in vivo.

Para tanto, iniciamos a ideia de extrair células de organoides renais derivados de hiPSC. Os organoides renais derivados de hiPSC recapitulam os estágios finais do desenvolvimento, têm uma estrutura 3D complexa e contêm células de todas as linhagens renais, tornando-os fontes adequadas de células com características mais in vivo. Além disso, eles não possuem os desafios éticos de obtenção e diferenciação de progenitores de néfrons embrionários.

Vários estudos têm apresentado a ideia de gerar organoides renais por meio da diferenciação de células pluripotentes humanas (hPSCs)13,14,16,17,18. No entanto, das quatro populações progenitoras envolvidas no desenvolvimento do rim humano, ou seja, progenitores de néfron, epitelial ureteral, endotelial e intersticial renal, a maioria desses protocolos cria os dois primeiros, formando apenas néfrons ou ductos coletores. O processo de diferenciação de hPSCs em organoides renais introduzido por Takasato et al. recapitula todo o curso da organogênese renal humana19,20. Tem a vantagem de produzir simultaneamente todas as quatro populações progenitoras envolvidas na formação de organoides renais em relação aos métodos relatados anteriormente. Além disso, esses organoides contêm as principais estruturas presentes no rim humano. No contexto da avaliação da função celular, argumenta-se que expor os organoides a compostos de interesse e avaliar a absorção celular seria problemático porque a polaridade apical/basolateral correta das células não pode ser afirmada no agregado15. Mas e se essas células forem extraídas e depositadas em uma plataforma 2D de forma que a polaridade correta seja formada?