利用诱导人多能干细胞建立肾脏损伤新模型

动物模型在慢性肾脏疾病(CKD)的研究中起着核心作用。研究人员用小鼠和大鼠建立了糖尿病、局灶性节段性肾小球硬化、狼疮和纤维化损伤患者的肾脏损伤模型。尽管从这些研究中发现了许多有用的基因和蛋白质靶点，但啮齿类动物模型由于许多原因受到限制。一个是伦理问题，特别是产生基因敲除所需要的小鼠数量，特别是组织特异性敲除(通常在100 -1000个)。第二个限制是小鼠和大鼠模型不能忠实地再现在人类肾脏中看到的疾病表型。例如，最常用的小鼠遗传品系C57Bl/6对糖尿病引起的肾脏损伤具有抵抗性。在啮齿类动物模型中发现的许多基因和蛋白质，在人体试验中未能成为真正的靶标。这些限制导致学术界和产业界越来越感到沮丧，并推动我们改进CKD的模型。

我们提出建立一种基于人诱导多能干细胞的三维类器官的肾损伤新模型。我们的分化方案触发了肾小球和小管上皮细胞的形成，这些细胞形成了肾小球样和小管样结构(图2)。这些类器官将形成三个相关项目目标的基础，该项目将使用细胞生物学，然后，我们将建立一系列新的CKD模型，将类器官暴露于高葡萄糖和其他肾脏疾病的重要驱动因素，从而诱导损伤。利用10 x Genomics平台进行尖端单细胞测序(https://www.10xgenomics.com)将被应用于内部，以在正常和疾病条件下的3D类器官中询问每个不同肾样细胞的基因图谱。然后，将从各种类器官损伤模型获得的测序数据与GEO生物信息学平台上以前使用的啮齿动物疾病模型的现有数据集进行比较。https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/GDSbrowser?acc=GDS3990)．Gremlin1在类器官形成和对纤维化损伤的反应中的关键作用将通过CRISPR/Cas9基因编辑进行测试。

该项目的成功完成将实现许多科学目标。首先是开发下一代肾损伤和CKD的细胞培养类器官模型。三维类器官模型的发展是许多领域的共同发展方向，因为孤立地研究单个细胞的局限性越来越明显。这项建议的一个主要成果将是在NC3Rs框架下的削减潜力。考虑到每年用于CKD实验的小鼠数量(2016年估计约为68,000只，图1)，以及许多这些实验的中度/重度分级，我们相信未来有令人兴奋的潜力减少这些数量。另一项重要成果将是使用人类iPS细胞生成肾类器官，这将代表一种与人类肾脏疾病翻译相关的模型。使用CRISPR/Cas9基因编辑在基因水平上修改ES细胞的潜力将使研究人员能够在3D类器官中查询他们感兴趣的基因的作用，不仅在肾脏发育中，而且在肾脏细胞对疾病的反应中。我们将利用我们的网络，如在英国、欧洲和美国的欧洲肾细胞研究小组(ERSCG)，促进类器官模型作为CKD啮齿动物模型的替代方案的潜力。在诸如英国肾脏周和美国肾脏学会等全国性会议上传播我们的结果将最大化广泛吸收的潜力，并为该项目创造令人兴奋的附加价值。