Towards generation of whole kidneys from pluripotent stem cells, a novel therapeutic avenue for the treatment of chronic kidney disease

Doel

Het uittesten of stamcellen van een rat uit kunnen groeien tot een nier wanneer deze getransplanteerd zijn in een embryo van een muis. Uiteindelijk doel is het kweken van nieren uit stamcellen van nierpatiënten.

Samenvatting

Een toenemend aantal nierpatiënten is afhankelijk van een nierfunctievervangende behandeling. De huidige behandelingen (dialyse en transplantatie) kunnen de overleving van patiënten verbeteren, maar hebben ook aanzienlijke beperkingen. Er is behoefte aan de ontwikkeling van alternatieven. Stamcellen bieden nieuwe mogelijkheden om beschadigd weefsel te vervangen en kunnen mogelijk bij nierschade voor regeneratie van de nier zorgen. Een nieuwe strategie is het opkweken van een nier vanuit stamcellen van de patiënt zelf, waardoor de kans op afstoting kleiner is. In 2007 is toonden onderzoekers aan dat het mogelijk is om pluripotente stamcellen (cellen die tot elk celtype kunnen uitgroeien) uit huidcellen te kweken. Deze cellen heten induced pluripotent stem cells (iPS). Daarnaast is er een nieuwe techniek ontwikkeld, namelijk blastocyst complementatie. Door stamcellen te injecteren in heel jonge embryo's (blastocysten) kunnen de cellen gaan bijdragen aan de ontwikkeling van het embryo. Recentelijk slaagden onderzoekers er met een combinatie van de genoemde technieken in om een werkende alvleesklier van een rat te kweken in een muizenembryo, waarin de ontwikkeling van de alvleesklier uitgeschakeld was. In het vroege embryo is er nog geen sprake van een ontwikkeld immuunsysteem waardoor het nog geen afstoting plaatsvindt van de geïnjecteerde iPS. De hypothese van deze studie is dat deze aanpak ook geschikt is voor het kweken van een nier. Vraagstelling: 1.Welk muismodel is het meest geschikt als gastheer om met behulp van iPS een nier te kweken? Ook de bloedvaten en het 'tussenweefsel' in de nier moeten kunnen aangroeien. 2.Leidt de injectie van embryonale stamcellen of iPS van een rat in een muizenembryo, waarin de ontwikkeling van de nier is uitgeschakeld, tot de ontwikkeling van werkende nieren?

Conclusies

Stamcellen zijn mogelijk geschikt voor het ontwikkelen van toekomstige nierfunctievervangende behandelingen. In dit onderzoek is de haalbaarheid onderzocht van het groeien van een nier uit ratten stamcellen wanneer deze getransplanteerd zijn in een vroeg muizenembryo (blastocyst complementatie). De onderzoekers hebben stamcellen van witte ratten geïnjecteerd in embryo's van zwarte muizen. Zodoende is de bijdrage van de rattencellen eenvoudig te bepalen door naar de haarkleur van de muizenpup te kijken. De bijdrage van de rattencellen aan de chimeer (het resulterende dier gemaakt uit muizen- en rattencellen) bleek zeer gering te zijn. Van de 120 muizenembryo's die geïnjecteerd zijn met ratten stamcellen was er slechts bij twee muizenpups een effect van de rattencellen op de haarkleur bij de kop van muizen te zien. Analyse van de inwendige organen toonde aan dat er geen bijdrage was van de rattencellen aan nierontwikkeling in deze chimere dieren. De lage efficiëntie en geringe bijdrage van de rattencellen toont aan dat blastocyst complementatie een minder geschikte techniek is voor het produceren van een functionele nier uit geïnjecteerde stamcellen. Recent onderzoek van dezelfde groep liet zien dat het mogelijk is om nierweefsel 3-dimensionaal te kweken uit cellen van volwassen nieren van zowel muizen als mensen. Deze nierorganoïden zijn stamcelbevattende structuren die de anatomie en functionaliteit van volwassen nierepitheel nauwgezet kopiëren. Het voordeel van nierorganoïden is dat deze in het laboratorium kunnen worden vermenigvuldigd en zo een bijna onbeperkte bron van nierweefsel vormen. Nierorganoïden bieden daardoor de mogelijkheid om uit (lichaamseigen) nierstamcellen nierweefsel te maken voor onderzoek, diagnostiek en behandeling van nierziekten.

Trefwoorden

Soort: dieronderzoek; fundamenteel/toegepast niet-klinisch Onderwerp: regeneratieve geneeskunde, embryonale stamcellen. iPS (induced pluripotent stem cells), orgaankweek

Soortgelijke projecten

Functional reprogramming of renal epithelial cells; paving the road for progression from acute kidney injury to chronic kidney disease

Acute nierschade is een veelvoorkomend probleem. Het treedt meestal op door een tijdelijke onderbreking van de doorbloeding van de nieren, door blootstelling aan nefrotoxische (voor de nieren giftige) stoffen, of als complicatie bij sepsis (bloedvergiftiging). Na een episode van acute nierschade, en met name na herhaaldelijke episodes is er een verhoogd risico op het ontstaan van chronisch nierfalen. Bij acute nierschade zijn er heftige ontstekingsreacties in de nier. Deze ontstekingsprocessen zijn cruciaal om herstel te bevorderen. Te heftige of langdurige ontstekingsreacties verminderen echter het herstel en dragen bij aan verergering van de nierschade, en verhogen daarmee het risico op progressieve nierschade. Momenteel zijn er geen goede middelen om acute nierschade en de onderliggende ontstekingsreacties te reguleren. Ontstekingsreacties bij acute nierschade kunnen worden opgewekt door cellen van het afweersysteem die het nierweefsel binnendringen, maar ook door epitheelcellen in de wand van de nierbuisjes. Beide celtypen hebben speciale receptoren die moleculen afkomstig van micro-organismen of lichaamseigen moleculen die vrijkomen na cel- of weefselschade herkennen. In vooronderzoek is aangetoond dat cellen van het aangeboren afweersysteem na blootstelling aan bepaalde stoffen herprogrammering doormaken, waardoor ze bij een tweede activatie een versterkte ontstekingsreactie opwekken. De cellen beschikken over een vorm van geheugen. Deze studies zijn wereldwijd grensverleggend geweest omdat een geheugenfunctie eerder alleen bekend was voor het verworven afweersysteem. De hypothese van dit innovatieproject is dat nierepitheelcellen op eenzelfde wijze als cellen van het aangeboren immuunsysteem herprogrammering doormaken na blootstelling aan specifieke moleculen. Door te onderzoeken hoe de herprogrammering van nierepitheelcellen verloopt is beter te begrijpen hoe herhaalde episodes van acute nierschade tot chronische nierschade kunnen leiden. Het identificeren van aangrijpingspunten kan mogelijk bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe middelen om ontsteking bij acute nierschade te reguleren en zodoende herstel te bevorderen. Vraagstellingen: 1. Bestuderen van de effecten van verschillende moleculen op de herprogrammering van nierepitheelcellen. 2. Ontrafelen van de signaalroutes die betrokken zijn bij de herprogrammering van nierepitheelcellen. 3. Identificeren van mogelijke aangrijpingspunten om in te grijpen op de herprogrammering van nierepitheelcellen.

Targeting of heparanase 1 activity by heparanase 2 in glomerular diseases

Een kenmerk van het overgrote deel van aandoeningen aan het nierfilter, waaronder diabetische nefropathie en glomerulonefritis, is een verminderde expressie van heparansulfaat en albuminurie (eiwitverlies in de urine). Heparansulfaat is een sterk negatief geladen suikermolecuul in het nierfilter. De oorzaak van een verminderde expressie van heparansulfaat is een verhoogde activiteit van glomerulaire hepanarase 1 (HPSE1), een enzym dat heparansulfaat afbreekt. Remming van de HPSE1 activiteit kan albuminurie en nierschade verminderen. Momenteel zijn er op heparine-gebaseerde HPSE remmers in ontwikkeling. Deze hebben echter als nadeel dat ze door middel van activatie van macrofagen (via ‘Toll-like’ receptoren) ontstekingsreacties opwekken. In recente onderzoeken is aangetoond dat HPSE2 de activiteit van HPSE1 kan remmen, zonder het afweersysteem te stimuleren. Deze remming verloopt via twee mechanismen: (i) HPSE2 concurreert met HPSE1 voor de binding aan heparansulfaat; (ii) HPSE2 gaat binding aan met HPSE1. De hypothese is dat remming van de HPSE1-activiteit door HPSE2 een veelbelovende behandeling is om albuminurie en nierfalen te behandelen. De onderzoekers zullen de expressie van HPSE2, en remming van HPSE1 door HPSE2 in de nier van diermodellen voor nierontsteking en diabetes bepalen. Vraagstelling: 1. Het evalueren van de regulatie van de expressie en de beschikbaarheid van HPSE2. 2. Karakterisering van muizen waarbij HPSE2 ontbreekt. 3. Testen van de potentie van behandeling met HPSE2 bij diabetische nefropathie en glomerulonefritis.

Visualization of Viable Renal Cells in Donor Kidneys during Normothermic Machine Perfusion

Er bestaat een tekort aan donornieren voor transplantatie. Om toch aan de behoefte te kunnen voldoen worden ook nieren met een verhoogd risico steeds vaker geaccepteerd. De kwaliteit van de nier is moeilijk in te schatten maar is bepalend voor de transplantatie-uitkomst. De kans bestaat dat de donornier faalt. Ook bestaat er een kans dat een afgekeurde donornier het toch goed zou hebben gedaan in de patiënt. Met een nieuwe techniek is het mogelijk om een betere inschatting te maken van de kwaliteit van de nier. Normotherme machine perfusie (NMP) wordt gebruikt om organen te perfunderen met warm bloed op lichaamstemperatuur. Deze techniek wordt vooral bij levers en longen veel toegepast. Het was oorspronkelijk vooral bedoeld als betere bewaartechniek, maar het lijkt ook mogelijk om de orgaanfunctie te testen tijdens NMP, wat voor levers en longen een goed bruikbare vitaliteitsmaat is. Bij nieren werkt dat anders. Een groot deel van de nieren heeft een vertraagd functieherstel na transplantatie van enkele dagen tot maanden, waardoor een functiemeting vlak voor transplantatie een grove onderschatting van de vitaliteit is. De functie kan immers later alsnog op gang komen. Binnen deze studie willen de onderzoekers de potentie van een donornier op een andere manier in beeld brengen. Ze hebben al een camerasysteem ontwikkeld dat in staat is om zogenaamde viability-sensors real-time te visualiseren. De sensors bestaan uit fluorescerende nano-partikels die opgenomen worden door levende cellen. De NMP-techniek en camerasystemen zijn los van elkaar getest in een aantal pilotexperimenten. De nano-partikels zijn ontwikkeld in Denemarken. De onderzoekers konden aantonen dat deze partikels goed zichtbaar waren en als viability-sensor bruikbaar zijn. In dit project zullen de onderzoekers allereerst het NMP-systeem en het camerasysteem integreren om vervolgens rattennieren met verschillende gradaties van schade in beeld te brengen. Als dit gelukt is doen ze hetzelfde met varkens nieren omdat die wat betreft functie en grootte erg lijken op mensennieren. Door de grootte van de nier is het niet mogelijk om de gehele varkensnier real-time te scannen. Een volgende stap zou dan ook zijn bij slagen van dit project om een camerasysteem te ontwikkelen dat dit wel kan. https://nierstichting.nl/nieuws/2021/01/betere-inschatting-van-donornieren/

Bekijk alle projecten