Samhaltú Galar Le Orgánach Duán Ⅱ

4. Straitéisí chun Ardáin Orgánach Duán a Fheabhsú

Taispeántas orgánach reatha duáinstruchtúir a bhaineann le duáinach nach cosúilduáin feidhme fásta. Dá bhrí sin, na prótacail a thuairiscítear i Roinn2.2 is cúis le horgánóidigh duáin nach bhfuil timpeallacht bhithfhisiceach in vivo cosúil leo, lena n-áirítear sreabhadh sreabhán trí na fíocháin. Tá staidéir le déanaí tar éis feabhas a chur ar chosúlacht orgánaigh leis an duáin fásta, ag baint úsáide as teicnící cosúil le trasphlandú agus cineálacha éagsúla orgánaigh a chomhcheangal chun struchtúir duáin ard-ord a bhaint amach. Féadfar na teicníochtaí seo a chomhcheangal le cuir chuige bhithinnealtóireacht chun aibiú orgánaigh a iniúchadh agus a fheabhsú. Anseo thíos, leagfaimid béim ar na straitéisí sin agus pléifimid cúrsaí nua chun an chéad ghlúin eile a ghiniúintcórais orgánoid duánach. 

Cliceáil ANSEO CHUN CISTANCHE A FHÁIL LE hAGHAIDH CÓIREÁLA CKD

4.1. Grádáin a thabhairt isteach

Tá a fhios againn le linn gnáth-embryogenesis go seolann na mesonephros, meiteainphros, agus UB comharthaí chuig a chéile chun patrún a dhéanamh ar an duán atá ag forbairt [6]. Ina theannta sin, tá grádáin bithcheimiceacha a bunaíodh go luath sa suth riachtanach chun patrúnú agus forbairt duáin chuí a threorú [47]. Saincheist shuntasach inár bprótacail forbartha orgánaigh duánach reatha is ea iad a leithlisiú ó fhíocháin choirp eile le linn na forbartha, agus mar sin easpa grádáin bithcheimiceacha a bhunaítear trí idirghníomhaíochtaí le córais fíocháin chomhfhorbartha eile an suth. Mar sin, is fiú na hidirghníomhaíochtaí sin i bhforbairt orgánaigh a chur san áireamh. Taguchi agus Nishinakamura (2017) agus Tsujimoto et al. (2020) roinnt de na hidirghníomhaíochtaí sin chun aibiú orgánaigh a éascú [17,24]. Ina gcuid straitéisí, d'úsáid siad fachtóirí a bhaineann go sonrach le PIM agus AIM ar dtús chun orgánaigh neamhspleácha a fhorbairt, ansin rinne siad orgánaigh MM agus UB comhshaothraithe a thrasphlandú i lucha [17,24]. Thaispeáin orgánoidí duán a forbraíodh ar an mbealach seo struchtúir ardoird ach níorbh fhéidir leo craobhacha forleathan in vivo cosúil le UB a athchaipitliú. Cé go leagann na staidéir seo béim ar a thábhachtaí atá sé fíocháin chomharsanachta a chomhshaothrú, éilíonn siad go bhfeabhsófaí an orgánaigh trí ghrádáin bhunaithe a chuimsítear ó thús na forbartha orgánaí.

Toisc go bhfuil sé beagnach dodhéanta gach fíochán ón suth atá ag forbairt a chuimsiú agus a gcoinníollacha a bharrfheabhsú, molaimid ionsamhlú timpeallachta, ina n-imríonn na cealla taithí ar éifeachtaí fíocháin chomharsanachta. Is féidir é seo a bhaint amach trí ghrádán bithcheimiceach a innealtóireacht chun cealla a fhás, inar féidir leis an ngrádán aithris a dhéanamh ar láithreacht fíocháin in aice láimhe. Féadfaidh an grádán ansin línte AIM agus PIM a threorú laistigh den fhionraí céanna cealla, agus dá bhrí sin foirmiú UB agus MM a spreagadh ag an am céanna. Mar shampla, d’fhéadfaimis grádán GDNF a bhunú agus brancháil UB a chur chun cinn laistigh den MM chun foirmiú chóras dlúth bailithe duánach na duán fásta a spreagadh.

Cé nach ndearnadh iniúchadh ar na cineálacha cur chuige seo atá bunaithe ar ghrádán chun orgánaigh duáin a bhunú, baineadh úsáid astu chun aibiú orgánaigh eile a fheabhsú. Mar shampla, Ben-Reuven agus Reiner et al. (2020) coirníní leabaithe morphogen-scaoileadh i hidrogel chun cabhrú le patrún a dhéanamh ar an ais roimhe-posterior na n-orgánóidí inchinn [48]. I staidéar eile, Kamperman et al. (2019) foshraith cille bunaithe le morphogens biotinylated [49]. Chomh maith leis na cineálacha cur chuige statacha seo, tá sliseanna micreashreabhach forbartha ag taighdeoirí chomh maith le breisiú morphogen faoi stiúir eile. Mar shampla, Cui et al. (2020) úsáid as seomra le seomraí chemotaxis le haghaidh dáileadh morphogen agus seomraí ina bhféadfar gaschealla a shaothrú i hidrigéil [50]. Mar sin, féadfaidh taighdeoirí córais chomhchosúla a chur i bhfeidhm chun forbairt orgánaigh duáin a ríomh ag baint úsáide as fachtóirí sonracha a rialaítear go spásúil chun a n-éifeachtaí a idirghabháil. Bhunódh sé seo grádán agus dhéanfadh sé aithris ar na dáileacháin morphogen a tharlaíonn go nádúrtha atá ábhartha d’fhorbairt suthach na nduán. Mar shampla, is féidir coirníní a bhfuil fachtóirí sainiúla do dhifreáil AIM agus PIM acu a shíolú ag taobhanna urchomhaireacha hidrigil chun aithris a dhéanamh ar ghrádáin nádúrtha AIM-PIM. De rogha air sin, chun difreáil hiPSC a rialú, féadfar cealla nó orgánaigh a shíolú isteach i bhfeistí micreashreabhach, ionas go mbeidh cealla/orgánaigh de línte éagsúla ar na taobhanna urchomhaireacha (féach Fíor 5A). Féadfar HiPSCanna atá leabaithe i hidrigéil a shaothrú idir an dá struchtúr seo, a d’fhéadfadh feidhmiú mar fhoinsí fachtóirí moirfigineacha. Is féidir an cur chuige seo a úsáid chun aithris a dhéanamh ar idirghníomhaíochtaí idir na méisonephros agus na meitiainphros, nach bhfuil na prótacail orgánaigh duáin reatha ina n-easpa (féach Fíor 5A). Mar sin, ba cheart go mbeadh sé d’aidhm ag obair amach anseo leideanna bithcheimiceacha ó ilchineálacha fíocháin a bhaineann le forbairt na nduán a aithris, lena n-áirítear iad siúd idir an UB agus an MM, agus idir an duán atá ag forbairt agus an soithíoch. Is féidir le dearadh an chórais gaolmhar iniúchadh a dhéanamh ar na roghanna a bhaineann le grádáin a bhunú chun aithris a dhéanamh ar na hidirghníomhaíochtaí sin.

4.2. Orgánaigh Perfusing le Micre-shreabhach

Tá sreabhadh sreabhach ríthábhachtach le haghaidhfiseolaíocht duáinós rud é go gcuireann sé tús le cascáid imeachtaí intracellular mar fhreagra ar mheicniú agus go n-éascaíonn sé iompar trasna fíocháin [51]. Dá bhrí sin, más mian linn orgánaigh fheidhmiúla duánacha a ghiniúint agus iad a chothú ar feadh tréimhsí fada ama, ní mór dúinn líonraí soithíoch cobhsaí agus perfusable a chomhtháthú inár gcórais mhúnla orgánaigh. Tá dhá phríomhbhealach tugtha isteach ag sreabhadh sreabhach chuig orgánaigh na duáin, micreasreabhán agus trasphlandú. Bhí Homan et al. (2019) leideanna bithfhisiceacha i sliseanna bithphriontáilte 3D, inar saothraíodh orgánaigh i ndlísheomra le sreabhadh dinimiciúil sreabhach [52]. Insamhladh an tsocrú seo fear micreashreabhach agus chuir sé foirmiú líonra soithíoch chun cinn, ach ní dhearna sé perfusion trí struchtúir soithíoch agus tubule chun fiseolaíocht na nduán a mhacasamhlú. Mar sin féin, léirigh an staidéar seo an tábhacht a bhaineann leis an timpeallacht bhithfhisiceach in aibiú orgánaigh.

Figiúr 5. Feabhsuithe beartaithe ar ardáin orgánacha duáin. (A) Cur chuige chun grádáin a ghiniúint ina bhféadfar hiPSCanna a shaothrú chun éabhlóid a dhéanamh ina n-orgánóidí duáin. Ó chlé go deas: braisle iPSC i hidrogel le coirníní astaithe morphogen ar gach taobh, braisle hiPSC i hidrogel le horgánaigh astaithe morphogen ar gach taobh, córas sliseanna ilseomra le braisle hiPSC saothraithe i hidrogel agus nochta go déthaobhach do morphogens de lineage NP agus UB. i leacht. (B) Córas sceallóga atá beartaithe chun orgánaí duánach a shaothrú in aice le cainéal brainseach endothelial, le hidrogel (eg, maitrís collaigine). (C) Socruithe scafaill atá beartaithe, inar féidir orgánaigh duáin a fhás agus a thrasphlandú ina dhiaidh sin. Ó chlé go deas: scafall scagach le bealaí endothelial brainseach (dearg), orgánaigh duáin sílithe, agus coirníní morphogen sílithe (sféir dearg agus gorm); scafall scagach le horgánaigh NP timpeall ar orgánaigh UB

Creidimid gur féidir orgánaigh a fhorbairt i ardán orgán-ar-sliseanna micreashreabhach seolta chun an duán daonna a shamhaltú, mar atá déanta i gcórais sféaróideacha eile. Mar shampla, murab ionann agus Homan et al. (2019), a chuir orgánoid i seomra sreabhán, Nashimoto et al. (2017) sféaróid fibroblast scamhóg daonna saothraithe i maitrís extracellular (ECM) idir dhá chainéal endothelial [52,53]. D'eascair líonra soithíoch inbhraite mar gheall ar na cainéil a foirmíodh trí angiogenesis. Ag baint úsáide as cur chuige beagán cosúil le Nashimoto et al. (2017), molaimid braisle hiPSC a chur in aice le soitheach endothelial perfusable is féidir a thógáil isteach i sliseanna, mar a thaispeántar i bhFíor 5B [53]. Agus comharthaí duáin-orgánach-shonracha á gcur leis ina dhiaidh sin, is féidir an cainéal soithíoch a threorú chun brainse agus ionradh a dhéanamh ar an orgánaigh agus é ag tosú ag idirdhealú. Dhéanfadh an chumraíocht seo na céimeanna tosaigh d'fhorbairt duáin a mhacasamhlú [54]. Le perfusion marthanach de na comharthaí morphogenetic is gá d'fhorbairt na duáin, ba cheart go mbeadh orgánaigh duáin in ann próisis iarbhír foirmithe duáin daonna a mhacasamhlú níos fearr. Tá sé tábhachtach freisin paraiméadair an chórais a mheas agus a bharrfheabhsú go cúramach, mar shampla comhstrus sreabhán, comhdhéanamh agus cumraíocht an ECM, agus an chéim orgánaigh. Ina theannta sin, ós rud é Schumacher et al. (2021) go bhfuil hypoxia mar thoradh ar angiogenesis méadaithe in orgánaigh duáin, féadfar a leithéid de chóras ex vivo a chothú i láthair ocsaigine laghdaithe chun soithíoch a chothú ar bhealach níos éifeachtaí [55]. I ndeireadh na dála, ba cheart go n-éascódh na straitéisí seo aibiú orgánaigh, perfusion soithíoch agus feadánacha a athchaipitliú, agus go gcomhlíonfadh siad feidhmeanna fiseolaíocha de réir mar a tharlaíonn siad in vivo.

4.3. Aibiú Orgánach a Chur Chun Cinn trí Thrasphlandú

Tá sé léirithe ag staidéir go bhféadfadh trasphlandú orgáin duáin isteach i óstach, mar shampla luch, ubh sicín, nó francach, bealach inmharthana a sholáthar le haghaidh soithíoch [16,33,56]. Mar sin féin, tá rath teoranta ag orgánaigh trasphlandaithe mar struchtúir fheidhmiúla. Constaic mhór sa straitéis seo is ea an brainse fairsing UB laistigh den MM d'orgánaigh trasphlandaithe a athchaipitliú. Ina theannta sin, tá easpa treoshuímh cheart i dtreo duchta bailithe ag deighleoga néaróin laistigh d’orgánóidigh. Tá na gnéithe seo riachtanach do na horgánaigh trasphlandaithe chun feidhm duán daonna fásta a chomhlíonadh. Thairis sin, comhtháthaíonn orgánoidí iar-trasphlandúcháin leis an óstach, rud a fhágann go bhfuil sé deacair idirdhealú a dhéanamh ar theorainneacha fíocháin orgánoid vs óstach, agus mar sin teorainn a chur leis an anailís orgánach-shonrach.

Soláthraíonn straitéisí innealtóireachta fíocháin raon leathan uirlisí chunfeabhas a chur ar fhorbairt orgánaigh duáini dtéarmaí aibithe agus comhtháthú feidhme. De ghnáth, úsáideann cur chuige innealtóireachta fíocháin scafaill (eg, scafallanna fibroin síoda) i bhfoirmíochtaí éagsúla, mar shampla scannáin, mataí, hidrogels, agus spúinsí, chun tacú le socrú na gcealla agus chun leideanna bithfhisiceacha éagsúla na saincheisteanna inmhianaithe a athchaipitliú. Mar shampla, i staidéar amháin, Gupta et al. (2019) úsáid as scaifeanna síoda póiriúla chun orgánaigh a fhás, agus trasphlandú ina dhiaidh sin [31]. Sa chur chuige seo, chuir bithábhar agus cumraíocht an scafall creat ar fáil chun tacú le forbairt orgánaigh agus cobhsaíocht a bhronnadh ar thrasphlandú. Mar sin féin, ní raibh leideanna feidhmiúla ag an gcóras seo chun tacú le haibiú orgánaigh, cosúil le comhfhorbairt soithíoch leis an bhfear cóngarach do struchtúir eile a bhí ag forbairt.

Féadfaidh staidéir amach anseo straitéisí comhchosúla a fhorbairt agus leideanna feidhmiúla a áireamh chun tacú le haibiú orgánaigh. Mar shampla, mar atá leagtha amach i bhFíor 5C, is féidir scafall póiriúil a chumrú le bealaí inbhraite agus a luchtú le fachtóirí moirfigineacha chun córas forbartha orgánaí ábhartha a fhorbairt trí thrasphlandú. Is féidir le réamhshíolú le cealla endothelial tacú le forbairt soithí faoi stiúir, ach is féidir an struchtúr póiriúil oscailte a shíolú le hiPSCanna agus a ríomhchlárú trí fhachtóirí moirfigineacha d’fhorbairt orgánaigh. De rogha air sin, is féidir leis an maitrís eischeallach (ECM) arna scaoileadh ó na fíocháin duáin a bheith ina ábhar scafall ann féin chun orgánaigh duáin a innealtóireacht fíocháin. Mar shampla, baineadh úsáid as duáin dhícheallacha chun tacú le haibiú an orgánaigh. D’fhéadfaí na maitrísí sin a úsáid chun orgánaigh a chothú agus a thrasphlandú nó chun scafallanna innealtóireacht fíocháin a dhíorthú ó na bithábhair sin.

Ina theannta sin, tugann scafaill deis nach mbaintear leas astu chun il-línte orgánaigh a neadú le chéile i suíomhanna roghnaithe. Mar shampla, Taguchi and Nishinakamura (2017) agus Tsujimoto et al. (2020) trasphlandú orgánach UB agus NP araon, rud a ligeann dóibh vascularize [17,24]; áfach, ní raibh scafall eischeallach acu chun a n-orgánóidigh illíneacha a threorú. Trí úsáid a bhaint as scafaill, d'fhéadfaimis aithris a dhéanamh ar ghiniúint néaróin timpeall ar struchtúr bailithe amháin trí orgánaigh UB a threorú i lár agus ag bun an scafall. Ag an am céanna, is féidir linn orgánaigh NP a shíolú feadh an taobh amuigh (féach Fíor 5C). Is féidir cineálacha cur chuige innealtóireachta fíocháin comhchosúla a fhorbairt chun aibiú orgánaigh a chur chun cinn. Mar sin féin, agus cur chuige innealtóireacht fíocháin á dhearadh chun orgánaigh a thrasphlandú, ba cheart paraiméadair amhail cumraíocht agus comhoiriúnacht na mbithábhair a roghnú go cúramach, de réir riachtanais na duáin.

5. Conclúidí

Tá forbairt anorgánoid duáinis dul chun cinn mór é in vitrosamhaltú galar duáin. Orgánaigh duáinligean do staidéar aonair argalair duáin ghéiniteachaagus scagadh drugaí in ardán daonna. Cé go bhfuil gealltanas iontach acu, tá orgánaigh duáin neamhaibí agus scoite amach ina bhfoirm reatha. Chun múnla fíor a dhéanamh ar anduán daonnaagus galair ghaolmhara, ní mór dúinn iad a aibíocht trí idirghníomhaíochtaí duáin atá ag forbairt a athchaipitliú. Go háirithe, ní mór dúinn na hidirghníomhaíochtaí idir an UB agus an MM in vitro a chur chun cinn agus soithíoch atá díorthaithe ag an duine a thabhairt isteach in orgánaigh duáin. Ní mór dúinn breathnú freisin ar chur chuige morphogen atá bunaithe ar ghrádán maidir le forbairt suthach daonna in vivo comhthreomhar. Tá acmhainneacht mhór ag orgánoidí duán le haghaidh staidéir ghéiniteacha ar dhaoine fásta agusgalar duáin féataisagus scagthástáil drugaí. D’fhéadfadh go dtiocfaidh forbairt ar shábháil saoil as a gcur chun cinngalar duáincóireálacha ar bhealach atá níos tapúla agus níos cruinne ná riamh.

Tagairtí

1. Bannier-Hélaouët, M.; Post, Y. ; Korving, J.; Trani Bustos, M.; Gehart, H. ; Begthel, H. ; Bar-Ephraim, YE; van der Vaart, J.; Kalmann, R.; Imhoff, SM; et al. An Fhaireog Lacrimal Daonna a Iniúchadh ag Úsáid Orgánach agus Seicheamhú Aonchealla.Cell Gas Cell2021, 28, 1221–1232.e7. [CrossRef] [PubMed]

2. Laoi, J. ; Rabbani, CC; Gao, H.; Steinhart, MR; Woodruff, BM; Pflflum, ZE; Kim, A.; Heller, S.; Liu, Y.; Longchandler, TZ; et al. Gintear craiceann daonna a iompraíonn gruaige go hiomlán ó ghaschealla iolracha.Dúlra2020, 582, 399–404. [CrossRef] [PubMed]

3. Takahashi, K .; Yamanaka, S. Ionduchtú gascheall iolracha ó chultúir fibroblasts suthach agus fásta luch ag fachtóirí sainithe.cill2006, 126, 663–676. [CrossRef] [PubMed] 

4. Fíricí Domhanda: Maidir le Galar Duán. Ar fáil ar líne:https://www.kidney.org/kidneydisease/global-facts-about-kidney disease#:~{}:text=10%25%20of%20the%20population%20worldwide,bíodh%20access%20to%20 inacmhainne %20 cóireáil(ar rochtain an 6 Iúil 2022).

5. Rehman, S.; Ahmed, D.Embryology, Duán, lamhnán, agus Úratar; StatPearls: Treasure Island, FL, SAM, 2022.

6. Reidy, KJ; Rosenblum, cealla ND agus bitheolaíocht mhóilíneach na forbartha duáin.Seimineár. Nephrol.2009, 29, 321–337. [CrossRef] [PubMed] 

7. Ó Riain, D.; Sutherland, M.; Flores, TJ; Kent, AL; Dahlstrom, J.; Puelles, V. ; Bertram, J. ; McMahon, AP; Beag, MH; Moore, L.; et al. Forbairt na duáin féatais dhaonna ó lár an tréimhse iompair go déanach i naíonáin fireanna agus baineanna.ríomh-Leighis2017, 27, 275–283. [CrossRef] 

8. Al-Awqati, Q.; Oliver, JA Gaschealla sa duán.Duán Int.2002, 61, 387–395. [CrossRef] 

9. Tran, F. ; Klein, C. ; Art, A. ; Imm, S.; Knappe, E. ; Simmons, A. ; Rosenstiel, P.; Seibler, P. Gaschealla agus teicneolaíocht orgánaigh i míochaine bheachtais in athlasadh: An bhfuilimid ann fós?Tosaigh. Imdhíonól.2020, 11, 573562. [CrossRef]

10. Drost, J. ; Clevers, H. Feidhmeanna aistritheacha orgánacha gascheall-díorthaithe do dhaoine fásta.Forbairt2017, 144, 968–975. [CrossRef] 

11. Hishikawa, K. ; Takase, O.; Yoshikawa, M.; Tsujimura, T.; Nangaku, M.; Takato, T. Gas-chealla fásta sa duán.World J. Gaschealla2015, 7, 490–494. [CrossRef]