使用多能干细胞复制高阶胚胎肾结构

在胚胎肾脏中，三种类型的前体细胞相互作用以形成肾脏的三维结构：肾子祖细胞，输尿管芽和间质祖细胞。已经建立了通过小鼠多能干细胞（PSCs）通过肾子祖细胞诱导肾结构结构的方法。然而，由于不包括其他祖细胞，因此没有再现肾脏的“高阶”结构（分化的肾间结构通过分支收集管道彼此有机连接的状态）。现在，日本研究组开发了一种使用PSC诱导输尿管芽，分支收集管道的祖细胞产生的方法，并且成功地再现了肾脏的高阶结构。

越来越多的患者患有慢性肾病在美国，全世界有超过200万人受到终末期肾病的影响。接受血液透析的患者生活质量下降，因为他们在余生中每周都需要几个小时的治疗。不幸的是，肾脏移植的机会有限，2006年日本京都大学的山中教授等人发现的iPS细胞提高了再生医学构建功能完整的器官的期望。然而，再造一个完整器官的过程结构体是具有挑战性的。日本熊本大学分子胚胎学和遗传学研究所（IMEG）的再生医学研究人员正在朝着产生全功能性肾脏的目标。为此，重要的是重建来自PSC的高阶肾结构。

以前的研究表明，三种类型的相互作用祖细胞是胚胎肾脏器官发生所必需的:肾祖先形成肾脏的细胞，是用于收集管道的碱的输尿管芽，以及产生填充结构之间间隙的组织的间质祖细胞。输尿管芽尤为重要，因为它们在肾上序结构发展中发挥着核心作用。

2013年底，熊本大学研究组对小鼠胚胎干细胞（ESC）和人IPS细胞的肾祖细胞进行了诱导方法，并且成功地创建包括肾组织的三维肾组织。从那时起，来自世界各地的各种实验室都报道了几种创造肾的方法。然而，没有研究互连肾脏的收集管道的分支结构。这些互连是必不可少的，因为肾脏产生的尿液必须穿过收集管道并进入输尿管进入膀胱以进行排泄。因此，研究人员研究了一种诱导PSCs的输尿管芽的方法，并旨在通过组合PSC衍生的肾和胚胎基质祖细胞来繁殖肾结构。

他们首先发现小鼠威胁的管道（WDS），输尿管芽的前体，逐渐成熟并获得胚胎发生日（e）8.75和E11.5之间的分支能力。然后，它们能够在体外培养WD细胞，并确定生产成熟输尿管芽所需的生长因子。最后，它们开发了一种通过E8.75 WD样细胞从小鼠ESC诱导E11.5输尿管芽样细胞的方案。这里揭示了肾祖细胞和输尿管芽需要单独优化的诱导条件。

通过单芽共培养的方法进一步验证小鼠esc来源的输尿管芽的功能胚胎肾脏前体细胞，或者esc来源的肾元前体细胞和胚胎间质前体细胞的混合物。在重建的肾类器官中，研究人员观察到输尿管芽尖表面有分支的输尿管上皮、分化的肾单位和肾单位祖细胞的形成，从而证实了诱导的输尿管芽的功能和重建的高阶肾结构。

随着方案的略微修改，研究人员能够诱导人IPSCs的输尿管芽，并在用生长因子培养时确认其分支能力。当它们对PAX2的人IPSC线上进行相同的实验时，已知对小鼠的输尿管芽形成是必不可少的基因，对人类的肾发育，未诱导输尿管芽，并且未观察到分支。因此，使用从IPS细胞衍生的输尿管芽以研究由遗传突变引起的肾异常来研究肾异常是可行的。

“我们的结果表明，在某种程度上，在一定程度上重建的可能性是来自PSC的高阶器官结构。它们的关键是根据个体发育起源和成熟过程诱导和结合不同类型的祖细胞，”熊本教授Atsuhiro Taguchi助理教授大学领导研究。“这项工作为肾脏器官再生提供了一种基本的策略，并打开了阐明了有机组织机制的门。”

“该研究表明如何人工地再现肾脏等复杂器官的形状。然而，为了使PSC的完全器官，必须开发一种诱导间质祖的方法细胞该研究报告的合著者、该研究实验室的负责人西中村龙一教授补充说。“为了肾脏的正常功能和生长，血管组织的结合是必不可少的。肾移植组织的发展还存在许多问题，但本研究应进一步推进肾移植的研究肾再生研究。例如，在收集管道组织中的先天性畸形的再现和检查应该仅仅看到了巨大的改善，因为我们现在能够根据需要创造出导管组织 - 直到现在尚未获得再生科学的任务。“

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