В эмбриональных почках имеются три типа клеток предшественников, клетки предшественники нефронов, мочеточниковые зачатки и интерстициальные клетки предшественники, взаимодействующие между собой, чтобы сформировать трехмерные структуры почек. Методы индукции структур нефронов посредством клеток предшественников нефронов из pluripotent stem cells (PSCs) мышей уже известны. Но т.к. при этом др. клетки предшественники не включались в их состав, то не удавалось воспроизвести "высокого порядка" структуры почек (состояние, при котором дифференцированные структуры нефронов органически были бы соединены др. с др.с помощью ветвящиеся собирающих протоков). Теперь группа японских исследователей разработала метод с использованием PSCs для получения мочеточниковых зачатков, предшественников ветвящихся собирающих канальцев и успешно воспроизвела структуру высокго порядка почек.

Растет число пациентов, страдающих от хронических болезней почек. И более 2 миллионов людей страдают от последней стадии почечной болезни. Пациенты, подвергающиеся гемодиализу, имеют пониженный QOL, т.к. они нуждаются в нескольких часах воздействия в течение каждой недели весь остаток жизни. К сожалению возможности трансплантации почек ограничены, а в 2006 открытие iPS клеток проф. Yamanaka et al. из Kyoto University, Japan повысили надежды регенеративной медицины на "построение" полностью функционирующих органов. Однако, процесс воспроизведения структуры полного органа продолжает оставаться заманчивой темой в исследованиях по регенерации органов. Исследователи по регенеративной медицине из Kumamoto University's Institute of Molecular Embryology and Genetics (IMEG) в Японии разрабатывали цель воспроизведения полностью функциональных почек из PSCs.

Предыдущие исследования показали, что взаимодействие трех типов клеток предшественников является важным для органогенеза эмбриональных почек: предшественников нефронов, уретрических предшественников, служащих основой образования собирающих канальцев и клеток интерстициальных предшественников, заполняющих проблеы между структурами. Уретрические зачатки важны, поскольку они играют центральную роль в почках для развития структур высокого порядка.

В конце 2013 группа исследователей из Kumamoto University впервые предложила метод получения клеток предшественников нефронов из embryonic stem cells (ESCs) мышей и iPS клеток человека, и были успешно созданы трехмерные почечные ткани, которые включали структуры нефронов. Затем было использовано несколько методов по созданию нефронов, описанных разными лаб. Однако, не было исследований, воспроизводящих ветвящиеся структуры собирающих канальцев, взаимосвязанных с нефронами. Эти взаимосвязи важны, поскольку моча, продуцируемая нефронами д. отводиться через собирающие каналы в мочеточник и мочевой пузырь для удаления. Поэтому исследователи изучали метод индукции зачатков мочеточников из PSCs с целью воспоизведения почечных структур путем комбинации происходящих из PSC нефронов и эмбриональных стромальных клеток предшественников.

Они впервые установили, что Вольфовы протоки (WDs), предшественники мочеточниковых зачатков, постепенно созревают и приобретают способность к ветвлению между днем эмбриогенеза (E) 8.75 и E11.5. Они оказались также способны культивировать клетки WD in vitro и определить ростовые факторы, необходимые для продукции зрелых уретрических зачатков. Наконец, они разработали протокол индукции E11.5 клеток, подобных мочеточниковым зачаткам, из ESCs мышей посредством E8.75 WD-подобных клеток. Было установлено, что клетки предшественники нефронов и уретрических зачатков нуждаются индивидуальных оптимизированных условиях для успешной индукции.

Функциональность происходящих из ESC мышей уретрических зачатков далее была изучена при совместном культивировании одиночных зачатков с эмбриональными предшественниками почек или со смесью происходящих из ESC предшественников нефронов и эмбриональных стромальных предшественников. В реконструированных почечных органоидах ученые наблюдали формирование ветвящегося уретрического эпителия, дифференцированные нефроны и предшественники нефронов на поверхности кончиков уретрических зачатков, подтвердив тем самым функциональность индуцируемых уретрических зачатков и реконструкцию высокого порядка почечных структур.

Модифицировав слегка протокол, исследователи оказались способны индуцировать уретрические зачатки их iPSCs человека, подтвердив из способность к ветвлению при культивировании с факторами роста. Когда они провели тот же самый эксперимент с линией iPSC человека, истощенных по PAX2, гену, известному как важному для формирования уретрических зачатков у мышей и для развития почек у людей, то уретрические зачатки не возникали и не наблюдалось ветвления. Т.о., вполне осуществимо использование уретрических зачатков. происходящих из iPS клеток для изучения аномалий почек. возникающих в результате генетических мутаций.

"Полученные результаты продемонстрировали возможность реконструкции, до некоторой степени, структур органа высокого порядка из PSCs. Ключом к этому является индукция и комбинация клеток предшественников разных типов в соотв. с индивидуальными онтогенетическими источниками и процессами созревания," говорит Atsuhiro Taguchi из Kumamoto University. "Эта работа предлагает фундаментальную стратегию регенерации почек и открывает дверь к выяснению механизмов органогенеза."

"Это исследование показало, как искусственно воспроизводится форма сложного органа, такого как почки. Однако, чтобы получить орган полностью из PSCs, важно разработать метод индукции интерстициальных клеток предшественников," добавляет Ryuichi Nishinakamura. "Чтобы почки функционировали и росли соответствующим образом, обязательно включение сосудистой ткани. Остается ещё множество проблем в развитии почечной ткани для трансплантаций. Напр., воспроизведение и исследование врожденных уродств в тканях собирающих канальцев может быть существенно улучшено просто из-за того, что мы теперь способны создавать ткань собирающих канальцев по мере необходимости."