An advanced microfluidic model for polycystic kidney disease

Een geavanceerd 3D PKD-model bouwen voor preklinische PKD-onderzoeken. Dat is een betere manier om medicijnen te testen voor PKD-patiënten dan in 2D-modellen.

Postdoc Startup grant. Cystenieren of PKD (polycystic kidney disease) is een erfelijke aandoening waarbij er met vocht gevulde blazen, cysten, in de nieren groeien. Het is een progressieve nierziekte: rond het twintigste levensjaar worden vaak de eerste cysten waargenomen, maar in de loop van de jaren ontstaan er steeds meer cysten. Uiteindelijk resulteert dit vaak in nierfalen. Recent is een medicijn op de markt gekomen dat de progressie van cystenieren kan vertragen: Tolvaptan/Jinarc. Echter, de werking is beperkt, niet alle patiënten komen voor dit medicijn in aanmerking en door de bijwerkingen is het voor veel patiënten niet vol te houden dit medicijn te blijven gebruiken. Het is daarom noodzakelijk dat nieuwe medicijnen voor cystenieren worden ontwikkeld.

Resultaten van onderzoek die verkregen zijn met eenvoudige nierkweken zijn niet altijd te vertalen zijn naar diermodellen en patie¨nten. Deze testen gebeuren meestal in 2D-modellen terwijl de cellen in een nierbuisje onder invloed staan van druk vanuit de omgeving en stroming van de pre-urine. Er zijn wel complexere stamcel-afgeleide modellen, maar deze zitten in een embryonaal stadium, terwijl PKD een adulte aandoening is.

De onderzoeker vermoedt dat een 3D-niertubulus-model met meerdere adulte celtypen, luminale stroming en lokale zwelling beter is voor het bestuderen van cystevorming en het testen van medicijnen dan huidige celkweek- modellen. Daarom is het doel om dit geavanceerde PKD-model te bouwen en te karakteriseren. Daarna kan het gebruikt worden voor preklinische ADPKD-onderzoeken.

Het voorgestelde project zal worden onderverdeeld in drie fasen:
1. Het bouwen van een basismodel in een celkweekchip met twee kanalen: e´e´n voor een extracellulaire matrix (ECM) gel en e´e´n voor nier-epitheelcellen en vloeistofstroming. De onderzoeker gebruikt een mengsel van adulte gezonde en PKD1-/- niercellen, om lokale cystevorming te initiëren. De ECM-gel vormt een zachte omgeving om cystegroei mogelijk te maken.
2. Het vergroten van de complexiteit van het basismodel door:
• Toevoeging van andere celtypen (fibroblasten, immuuncellen) in het ECM-kanaal.
• Het gebruik van meerdere ECM-gel-componenten.
• Het kweken van twee niertubuli naast de ECM-gel (kweekchip met drie kanalen), waardoor de interactie van een verwijde tubulus met een (gezonde) naastgelegen tubulus kan worden bestudeerd.
3. Het verkrijgen van mechanistisch inzicht in lokale cystevorming door middel van moleculaire methoden waaronder gen- en eiwitexpressie-analyses en (live) confocale beeldvorming.

https://nierstichting.nl/wat-wij-doen/onderzoek-en-patientenhulp/1-miljoen-euro-onderzoek/een-nieuw-celmodel-om-medicijnen-tegen-cystenieren-te-testen/

In deze studie is onderzocht hoe geavanceerde in vitro celkweekmodellen ontwikkeld kunnen worden voor onderzoek naar cystevorming bij cystenieren. Traditionele celkweekmodellen bieden niet altijd betrouwbare resultaten die naar diermodellen en patiënten vertaald kunnen worden. Daarom is het belangrijk om betere modellen te ontwikkelen die cystevorming nauwkeurig kunnen nabootsen en gebruikt kunnen worden voor medicijntesten.

In dit onderzoek is een geavanceerd 3D-niertubulus-model ontwikkeld waarin nierepitheelcellen groeien in een omgeving die vloeistofstroming simuleert. Dit model bestaat uit een mix van 90% gezonde epitheelcellen en 10% epitheelcellen met een uitgeschakeld PKD1-gen, wat een cruciale rol speelt in de vorming van cystenieren. Forskolin, een stof die specifiek zwelling in de gemodificeerde cellen veroorzaakt zonder de gezonde cellen te beïnvloeden, bleek effectief om lokale cystevorming te initiëren.

Het model wordt nu verder verbeterd om de genoemde veranderingen over langere tijd te kunnen volgen. Er wordt gewerkt aan meer geavanceerde chips met een ingewikkelder structuur en aan nieuwe niercellen die nog concreter de situatie in de nieren nabootsen. Dit verbeterde model kan ons meer inzicht geven in hoe cystevorming in de nieren ontstaat en helpen bij het ontwikkelen van effectievere behandelingen voor ADPKD.

Soort: identificatie, validatie in modelsystemen, celkweekchip, 3D-niertubulus-model, celonderzoek
Onderwerp: polycystic kidney disease, PKD, cystenieren, extracellulaire matrix, medicijnonderzoek