ヒト多能性幹細胞からの腎尿細管オルガノイドの作製
Generation of kidney tubular organoids from human pluripotent stem cells
2016年12月16日 Scientific Reports 6 : 38353 doi: 10.1038/srep38353
幹細胞研究における最近の進歩により、ヒト多能性幹細胞（hPSC）から、ネフロン上皮細胞など、複数の細胞系譜の細胞を含む腎臓オルガノイドを作出する方法が明らかになってきている。しかし、分化したhPSCから特定の細胞種を純化する方法は十分に確立されていない。腎臓の特定の細胞種からなる純化集団を得る方法の確立は、生物工学、細胞移植、疾患モデル作製に役立つと考えられる。今回我々は、hPSCから、抗KSP（kidney specific protein）抗体を用いてKSP陽性細胞を直接純化することで、腎尿細管オルガノイドを作出する、簡単な2段階分化プロトコルを報告する。最初に、3日間グリコーゲンシンターゼキナーゼ3β阻害剤を用いて、hPSCを中胚葉細胞に分化させ、次に、これらの細胞を腎上皮増殖培地で培養し、KSP+細胞を誘導した。抗KSP抗体によるフローサイトメトリーによりKSP+細胞を純化すると、それらの細胞は腎尿細管細胞のあらゆるセグメントの特徴を示し、またKSP+細胞を3Dマトリゲルで培養すると、in vitroで尿細管オルガノイドを形成した。KSP+細胞による尿細管オルガノイドの形成は機能的な腎尿細管の獲得を誘導した。また、KSP+細胞は、マウス胚性腎臓細胞とともに培養すると、3D尿細管構造内で自己組み立てを行うので、【ヒトとマウスの】キメラ腎臓培養物の作製が可能であった。
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Recent advances in stem cell research have resulted in methods to generate kidney organoids from human pluripotent stem cells (hPSCs), which contain cells of multiple lineages including nephron epithelial cells. Methods to purify specific types of cells from differentiated hPSCs, however, have not been established well. For bioengineering, cell transplantation, and disease modeling, it would be useful to establish those methods to obtain pure populations of specific types of kidney cells. Here, we report a simple two-step differentiation protocol to generate kidney tubular organoids from hPSCs with direct purification of KSP (kidney specific protein)-positive cells using anti-KSP antibody. We first differentiated hPSCs into mesoderm cells using a glycogen synthase kinase-3β inhibitor for 3 days, then cultured cells in renal epithelial growth medium to induce KSP+ cells. We purified KSP+ cells using flow cytometry with anti-KSP antibody, which exhibited characteristics of all segments of kidney tubular cells and cultured KSP+ cells in 3D Matrigel, which formed tubular organoids in vitro. The formation of tubular organoids by KSP+ cells induced the acquisition of functional kidney tubules. KSP+ cells also allowed for the generation of chimeric kidney cultures in which human cells self-assembled into 3D tubular structures in combination with mouse embryonic kidney cells.
