دانلود رایگان ترجمه مقاله داربست طبیعی برای تمایز کلیوی سلولهای بنیادی جنینی انسان (نشریه Plos 2015)

داربست طبیعی برای تمایز کلیوی سلولهای بنیادی جنینی انسان برای مهندسی بافت کلیه

Natural Scaffolds for Renal Differentiation of Human Embryonic Stem Cells for Kidney Tissue Engineering

چکیده
مقدمه
مواد و روشها
جمع آوری بافت
آماده سازی داربست
سلول ها
سلولی نمودن دوباره
تمایز دادن جهتی
تحلیل داربست
ایمونوهیستوشیمی
تجزیه و تحلیل بیان ژن
نتایج
تولید و مشخصه داربست غیرسلولی شده
سلولی نمودن دوباره داربست
تمایز hESC
بحث

چکیده

با وجود شور و شوق برای مهندسی زیستی پیوند زدن بافت های عملکردی کلیه، موانع بسیاری قبل از تحقق پتانسیل این فن آوری در یک محیط بالینی باقی مانده است. استراتژی های مهندسی بافت زنده برای کلیه به شناسایی جمعیت های سلولی لازم، داربست های کارآمد و شرایط کشت سه بعدی برای توسعه و حمایت از معماری منحصر به فرد و عملکرد فیزیولوژیکی این عضو حیاتی نیاز دارد. مطالعات ما قبلا نشان داده اند که بخش سلول زدایی شده کلیه های میمون رزوس در همه گروه های سنی, یک ماتریکس خارج سلولی طبیعی (ECM) را با خواص ساختاری کافی با تاثیرات فضایی و سازمانی روی مهاجرت و تمایز سلول های بنیادی جنینی انسان (hESC) را ارائه می دهند. برای بررسی بیشتر استفاده از داربست های کلیه طبیعی غیرسلولی شده برای مهندسی بافت کلیوی، hESC پرتوان به طور کلی یا روی بخش های ECM کلیه و مهاجرت سلولی و فنوتیپ در مقایسه با روش های تمایز تعیین شده برای hESC کشت داده شدند. نتایج qPCR و تجزیه و تحلیل های ایمونوهیستوشیمی, تنظیم مثبت نشانگرهای سویه کلیوی را نشان داد, زمانی که hESC بدون سیتوکین یا تحریک فاکتور رشد در داربست های غیرسلولی شده کشت داده شدند، که نقش ECM در جهت دهی به تمایز سویهکلیوی را نشان می دهد. hESC نیز با فاکتورهای رشد متمایز شد و در هنگام کاشت روی ECM کلیوی یا یک داربست پلی ساکارید جدید بیولوژیکی بی اثر برای بلوغ بیشتر مقایسه شد. نشانگرهای سویه کلیوی به تدریج در طول زمان روی هر دوی داربست ها تنظیم مثبت شدند و نشان داده شد که hESC, ژن های امضای ساز کلیوی، توبول پروگزیمال، اندوتلیال، و جمعیت های مجرای جمع آوری را بیان می کند. این یافته ها نشان می دهند که داربست های طبیعی, بیان نشانگرهای سویه کلیوی را به خصوص در مقایسه با کشت جنینی بدن ارتقا می دهند. نتایج این مطالعات نشاندهنده قابلیت های یک داربست پلی ساکارید جدید برای کمک به تعریف یک پروتکل برای تمایز جد کلیه از hESC، و پیشرفت وعده مهندسی بافت به عنوان یک منبع از بافت عملکردی کلیه است.

مقدمه
زمینه در حال گسترش مهندسی بافت, نویدبخش خلق بافت و اندام با خواص کاربردی و پتانسیل درمانی تقریباً برای هر بافت از بدن انسان است. استراتژی های مهندسی اولیه به طور خاص برای ساختارهای لوله ای مانند رگ های خونی [1، 2]، مثانه ادراری [3] ، حنجره [4]، و نای موفق بوده اند [5]. نیاز بالینی برای تعویض بافت های عملکردی برای فهرست در حال انتظار بیماران پیوند عضو, فوریتی است و به ویژه برای بیماران در حال انتظار برای دریافت کلیه حیاتی است؛ افراد نیازمند یک کلیه > 80٪ تمام بیماران در فهرست در حال انتظار را تشکیل می دهند (http://optn.transplant.hrsa.gov). قابل ذکر است که کلیه که بیشترین تقاضا را دارد, با توجه به معماری پیچیده، یک طیف از فنوتیپ های سلول، توابع چندگانه، و فقدان یک جمعیت سلول های بنیادی / پیش ساز ایجاد شده در بزرگسالان که از آن کلیه را می توان بازسازی نمود, یکی از چالش برانگیز ترین بافت های تحت مهندسی است. استراتژی های مهندسی بافت زنده برای کلیه به شناسایی جمعیت های سلولی لازم، داربست های مناسب برای ارائه پشتیبانی از خواص ساختاری و سازمانی فضایی و زمانی، و همچنین ترکیبات محیط/ رشد عامل / کشت برای حفظ رشد و عملکرد فیزیولوژیکی بافت مهندسی شده نیاز دارد.
بحث

بسیاری از موانع قبل از تحقق مهندسی زیستی بافت کلیوی های کاربردی برای پیوند باقی مانده. موانع اولیه شامل انتخاب داربست های مناسب برای حمایت از رشد و نگهداری از بسیاری از انواع سلول در کلیه، و شناسایی جمعیت های بنیادی و / یا سلول اجدادی مناسب برای سلولی سازی مجدد و اطمینان از هر دو ظرفیت ساختاری و عملکردی مورد نیاز می شوند. این مطالعات برای کاوش استفاده از داربست های بیولوژیک بدن مانند ECM کلیوی و مقایسه با PSS فیزیولوژیکی بی اثر انجام شدند که نشانه های بیوشیمیایی و ویژگی های ساختاری قالب ECM بومی را فراهم نمی کنند. نتایج نیز, شرایط غیرسلولی نمودن تصفیه شده برای کلیه های میمون رزوس را پالایش نموده اند و نشان داده اند که داربست ها, در مقایسه با پروتکل های تمایز بدن جنینی, موجب بهبود تنظیم مثبت نشانگرهای سویه کلیوی اولیه می شوند.

Abstract

Despite the enthusiasm for bioengineering of functional renal tissues for transplantation, many obstacles remain before the potential of this technology can be realized in a clinical setting. Viable tissue engineering strategies for the kidney require identification of the necessary cell populations, efficient scaffolds, and the 3D culture conditions to develop and support the unique architecture and physiological function of this vital organ. Our studies have previously demonstrated that decellularized sections of rhesus monkey kidneys of all age groups provide a natural extracellular matrix (ECM) with sufficient structural properties with spatial and organizational influences on human embryonic stem cell (hESC) migration and differentiation. To further explore the use of decellularized natural kidney scaffolds for renal tissue engineering, pluripotent hESC were seeded in whole- or on sections of kidney ECM and cell migration and phenotype compared with the established differentiation assays for hESC. Results of qPCR and immunohistochemical analyses demonstrated upregulation of renal lineage markers when hESC were cultured in decellularized scaffolds without cytokine or growth factor stimulation, suggesting a role for the ECM in directing renal lineage differentiation. hESC were also differentiated with growth factors and compared when seeded on renal ECM or a new biologically inert polysaccharide scaffold for further maturation. Renal lineage markers were progressively upregulated over time on both scaffolds and hESC were shown to express signature genes of renal progenitor, proximal tubule, endothelial, and collecting duct populations. These findings suggest that natural scaffolds enhance expression of renal lineage markers particularly when compared to embryoid body culture. The results of these studies show the capabilities of a novel polysaccharide scaffold to aid in defining a protocol for renal progenitor differentiation from hESC, and advance the promise of tissue engineering as a source of functional kidney tissue.

Introduction

The expanding field of tissue engineering provides hope for the creation of tissue and organs with functional properties and therapeutic potential for nearly every tissue of the human body. Initial engineering strategies have been successful, particularly for tubular structures such as blood vessels [1, 2], urinary bladder [3], larynx [4], and trachea [5]. The clinical need for functional tissue replacements is urgent for patients on the organ transplant waiting list and is particularly critical for patients waiting for a kidney; individuals in need of a kidney represent >80% of all patients on the waiting list (http://optn.transplant.hrsa.gov). It is notable that the kidney which is in greatest demand is also one of the most challenging tissues to engineer due to complex architecture, a spectrum of cell phenotypes, multiple functions, and a lack of an established stem/progenitor cell population in adults from which the kidney can be regenerated. Viable tissue engineering strategies for the kidney requires identification of necessary cell populations, suitable scaffolds to provide structural support and spatiotemporal organizational properties, as well as medium/growth factor/culture combinations to sustain growth and physiological function of the engineered tissue.

Discussion

Many obstacles remain before bioengineering of functional renal tissues for human transplantation can be realized. Primary hurdles include selection of suitable scaffolds to support development and maintenance of the multitude of cell types in the kidney, and the identification of appropriate stem and/or progenitor cell populations with which to recellularize and ensure both structural and functional capacity that is needed. These studies were conducted to explore the use of biologic scaffolds such as renal ECM and to compare with physiologically inert PSS that does not provide biochemical cues or the structural features of the native ECM template. Results have also refined decellularization conditions for rhesus monkey kidneys, and demonstrated that the scaffolds improve upregulation of early renal lineage markers compared with embryoid body differentiation protocols.