23.01.2020 16:21

Publikation in "Scientific Reports"

Eine nicht-invasive Methode zur Isolation von Nierenstammzellen aus Urin

Von: Redaktion, J.A., W. W.

Forscher des Instituts für Stammzellforschung und Regenerative Medizin (ISRM) an der Medizinischen Fakultät der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf unter Direktor Prof. Dr. James Adjaye haben ein Protokoll zur reproduzierbaren Isolation und Charakterisierung von Nierenstammzellen von Spendern verschiedenen Alters, Geschlechts und Ethnizität entwickelt.

Typische Nierenstammzellen (UdRPCs), Abb. J. Adjaye

Die Studie wurde in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht. Nieren sind in viele entscheidende Funktionen involviert wie die Erhaltung eines ausgeglichenen Flüssigkeitshaushalts im Körper, das Filtern von Schadstoffen aus der Nahrung, Medikamenten und Giftstoffen und die Regulation des Blutdrucks.

Die Prävalenz von Nierenkrankheiten steigt weltweit. Geschätzt, 19-26 Prozent von Fällen akuten Nierenversagens (ANV) werden durch nephrotoxische Medikamente erzeugt. Akutes Nierenversagen schreitet schließlich zu chronischer Nierenerkrankung (CKD = chronic kidney disease) voran - verbunden mit einem erhöhten Sterblichkeitsrisiko. Diabetes mellitus, systemischer Bluthochdruck und Erkrankungen der Nierenkörperchen (Glomeruli) sind die Hauptursachen von chronischen Nierenerkrankungen.

Sie stellt eine globale Belastung von Gesundheitswesen und Wirtschaft dar und ist ein unabhängiger Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen. Aufgrund des Mangels an kompatiblen Organspendern werden Stammzelltherapien als alternative Behandlungsoption für Nierenerkrankungen angesehen. Heutzutage sind mehrere Quellen adulter Stammzellen aus Knochenmark, Nabelschnurblut und Fruchtwasser etabliert. Obwohl diese Quellen Stammzellen mit großem Regenerationspotenzial enthalten, unterliegt ihre Gewinnung unterschiedlichen Einschränkungen: Nabelschnurblut und Fruchtwasser kann man nur vor und während der Geburt erhalten und Knochenmark lässt sich nur mit invasiven Prozeduren gewinnen, die mit Risiko und Schmerzen für die Patienten verbunden sind. Nierenbiopsien werden genutzt, um humane Nierenzellen für Forschungszwecke zu gewinnen.

Täglich werden aber ca. 2000-7000 Zellen von unseren Nieren in den Urin ausgespült. Obwohl mehrere Laboratorien gezeigt haben, dass Urin eine alternative Quelle von Nierenstammzellen darstellt, gab es bis jetzt nur limitierte molekulare und zelluläre Analysen von diesen Zellen. In unserer Studie wurden diese „urine-derived renal progenitor cell (UdRPCs) von 10 männlichen und weiblichen Personen und verschiedener Altersstufen isoliert. Wir zeigen, dass UdRPCs typische Marker exprimieren, die auch in mesenchymalen Stammzellen (MSCs) aus Knochenmark auftreten, und zusätzlich exprimieren sie die Nierenstammzellmarker SIX2, CITED1, WT1, CD24 und CD106. UdRPCs können in in der Niere präsente Zelltypen differenziert werden: proximale und distale tubuläre Epithelzellen und Podozyten.

Wasco Wruck, Bioinformatiker und Ko-Autor der Studie sagt: “Es ist faszinierend, dass diese wertvollen Zellen vom Urin isoliert werden können und dass wir im Vergleich der Genexpression dieser Zellen mit Zellen aus Nierenbiopsien ihre Eigenschaften als Nieren- und Nierenvorläuferzellen bestätigen konnten.“ Bemerkenswerterweise, ähneln UdRPCs Fruchtwasserzellen (AFCs = amniotic fluid-derived stem cells), die wir zuvor aus Fruchtwasser des dritten Trimesters isoliert hatten.“ „Das liefert zusätzliche Evidenz zur Unterstützung der These von Urin als Ursprung von UdRPCs“,, sagt auch Shaifur Rahman, Erstautor dieser Studie. „Weiterhin können UdRPCs leicht und effizient in induzierte pluripotente Stammzellen reprogrammiert werden - unter Nutzung einer nicht-viralen integrationsfreien und sicheren Methode“, - sagt Martina Bohndorf auch Koautorin dieser Arbeit.

Nach Angaben der Internationalen Gesellschaft für Nephrologie leiden weltweit mehr als 850 Millionen Menschen an Nierenkrankheiten, was die Forderung nach alternativen Therapien zur Vermeidung der Beschränkungen bestehender Therapien wie Organtransplantationen und Dialyse aufkommen lässt. Prof. James Adjaye, Senior-Autor sagt dazu: „Eine der vielversprechenden Optionen in der nahen Zukunft ist die Nutzung transplantierter Nierenstammzellen (UdRPCs) zur Behandlung von Nierenkrankheiten und als ergänzende Option zu Nierenorganen, deren Spender rar sind. Humane UdRPCs können als die Nierenstammzellen der Wahl betrachtet werden, die wissenschaftliche Studien zur Nephrogenese, Nephrotoxizität, Krankheitsmodellierung und Medikamentenentwicklung ermöglichen."

Originale Publikation: Md Shaifur Rahman, Wasco Wruck, Lucas-Sebastian Spitzhorn, Lisa Nguyen,Martina Bohndorf, Soraia Martins, Fatima Asar, Audrey Ncube, Lars Erichsen, Nina Graffmann & James Adjaye (2020). The FGF, TGFβ and WNT axis Modulate Self-renewal of Human SIX2+ Urine Derived Renal Progenitor Cells. Nature Press- Scientific Report. https://www.nature.com/articles/s41598-020-57723-2

 

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