Modelado de enfermedades con organoides renales

Abstracto:Enfermedades renalesa menudo carecen de tratamientos óptimos, lo que provoca millones de muertes cada año. Por lo tanto, desarrollar sistemas modelo apropiados para estudiarenfermedad renal humanaes de suma importancia. Algunos de los modelos de riñón humano más prometedores son los organoides o pequeños colectivos de tejidos que se asemejan a órganos, derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC). Sin embargo, son más parecidos a los del primer trimestre.riñón fetalque un riñón adulto. Por lo tanto, se necesitan nuevas estrategias para avanzar en su madurez. Tienen un gran potencial para modelar enfermedades y eventualmente como terapia auxiliar si pueden alcanzar la madurez de unriñón adulto. En esta revisión, discutiremos el estado actual de los organoides renales en términos de su similitud con el riñón humano y su uso como sistema de modelado de enfermedades hasta el momento. Luego discutiremos posibles vías para avanzar en lamadurez del riñónorganoides para que coincidan con un riñón adulto para modelar enfermedades humanas más precisas.

Palabras clave: organoides;riñón; desarrollo; metanefros; ureteral; tubito; chip; nefrología; modelado de enfermedades

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1. Introducción

Hasta hace poco, las enfermedades humanas se han modelado de dos formas: con animales o con cultivos celulares bidimensionales. Los modelos animales permiten el estudio de las vías de las enfermedades y el desarrollo de fármacos en organismos completos, pero no tienen en cuenta la composición genética y anatómica humana. Por otro lado, el cultivo de células humanas permite a los científicos estudiar los mecanismos de enfermedades específicas de los humanos y evaluar tratamientos con una profundidad molecular grande y precisa. Sin embargo, el cultivo celular no recapitula la compleja estructura tridimensional y fisiología de un órgano.

Los organoides humanos son versiones simplificadas de órganos humanos, con microanatomía tridimensional realista y funciones a nivel de órganos (p. ej., producción de lágrimas en organoides lácteos y crecimiento de cabello en organoides de piel) [1,2]. Mediante procesos de autoorganización, se derivan in vitro de células tisulares o células madre pluripotentes. Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC), inventadas en 2008 por Takahashi y Yamanaka, son las células más populares para la formación de organoides [3]. Esto se debe a varias ventajas convincentes que ofrecen las iPSC. En primer lugar, proporcionan una fuente celular renovable ilimitada y pueden diferenciarse en múltiples tipos de células. Más importante aún, representan la composición genética subyacente de los pacientes. Por lo tanto, las iPSC humanas derivadas de pacientes (hiPSC) se pueden utilizar para estudiar enfermedades a través de organoides a nivel individual, lo que permite avances en la medicina personalizada. Hasta la fecha, se han utilizado modelos organoides de diversos órganos humanos, como el corazón y el cerebro, para estudiar enfermedades. Para esta revisión, nos centraremos en los organoides renales y discutiremos cómo pueden usarse para modelar el riñón humano y sus enfermedades asociadas, detectar toxicidad de medicamentos y tal vez complementar la función renal.

La enfermedad renal afecta al 10% de la población mundial [4]. A pesar de identificar la causa genética subyacente de muchas formas de enfermedades renales, no existen terapias óptimas disponibles para controlarlas. Esta desafortunada situación refleja la falta de sistemas modelo in vitro que recapitulen la enfermedad renal humana para el desarrollo terapéutico específico. Los organoides renales ofrecen una plataforma de investigación 3-D personalizable y basada en humanos para investigar enfermedades renales genéticas, lesiones renales y toxicidad de medicamentos. Además de su capacidad para servir como sistema de modelado, un organoide de riñón posee el potencial de hacer avanzar la medicina de los trasplantes. Por lo tanto, para maximizar su potencial en ambos campos, el organoide del riñón debe parecerse en estructura y función al riñón humano adulto. Aquí, revisaremos el estado actual del organoide de riñón humano derivado de células pluripotentes, sus usos potenciales y áreas de mejora.

2. El riñón humano frente a los organoides renales

Las HiPSC sirven como sustitutos de las PSC embrionarias. Por tanto, formar un organoide renal a partir de hiPSC implica replicar el desarrollo del riñón embrionario humano. A continuación, exploraremos cómo se desarrolla el organoide del riñón y lo compararemos con el riñón humano.

2.1. Desarrollo del riñón humano

La sangre se filtra en tres fases distintas durante el desarrollo embrionario. En la primera fase, se desarrolla una estructura denominada pronefros en el embrión humano de 4-semanas de edad y procesa la sangre en la región cervical hasta aproximadamente la semana 5 [5]. A continuación, el mesonefros se forma en la región torácica del embrión y filtra la sangre desde el inicio de la semana 5 hasta aproximadamente la semana 10 de desarrollo embrionario. Mientras el mesonefros filtra la sangre, el sistema de filtración final, que eventualmente se convertirá en elriñón adulto, comienza a formarse (Figura 1). Se forma en las dos partes siguientes: el mesénquima metanéfrico y la yema ureteral. El mesénquima metanéfrico forma todas las partes de la nefrona excepto el conducto colector, mientras que la yema ureteral forma el conducto colector. Estas estructuras pasan por un ciclo de inducción recíproco, en el que el mesénquima metanéfrico y la yema ureteral estimulan el crecimiento mutuo y se fusionan, formando una estructura llamada metanefros. Los metanefros recién formados filtran la sangre desde las ramas ilíacas hasta la región pélvica. Al mismo tiempo, la yema ureteral se bifurca y continúa ramificándose para formar muchos conductos colectores dentro del riñón [6,7]. Posteriormente, estas estructuras metanéfricas fusionadas ascienden a la región del abdomen del embrión a medida que se desarrolla y forjan el suministro de sangre desde la aorta primitiva. Estos procesos se resumen en la Figura 1. Es importante señalar que el mesénquima metanéfrico y las células de yemas ureterales son primitivas y, por lo tanto, mantienen un potencial multipotente, mientras que las células renales diferenciadas adultas están comprometidas con su linaje particular [8].

Figura 1. Desarrollo del sistema urinario humano desde la semana 4 a la 9 en el útero.

2.2. Protocolos para generar organoides renales

Los organoides renales se pueden formar a partir de células diferenciadas derivadas de tejidos o células madre pluripotentes. Para desarrollar un organoide de riñón a partir de células derivadas de tejido, se pueden disponer las células adultas diferenciadas en un espacio tridimensional ex vivo para imitar la arquitectura de los órganos humanos [9]. Los protocolos de organoides para células diferenciadas derivadas de tejidos se tratan en otra parte. En esta revisión, nos centraremos en los organoides renales derivados de células madre. Para crear estos sistemas, los científicos pueden cultivar células madre pluripotentes en presencia de morfógenos endógenos y componentes extracelulares específicos del riñón. Luego, las células madre pueden autoensamblarse en estructuras similares a los riñones, imitando el desarrollo embrionario del riñón. Los órganos, como el intestino, albergan poblaciones de células madre endógenas en el tejido adulto con las que los científicos pueden crear organoides [10]. Sin embargo, dado que no ha habido evidencia clara de que un riñón humano adulto contenga un nicho de células madre, los organoides renales derivados de células madre deben elaborarse a partir de células madre pluripotentes (ya sean embrionarias o hiPSC) [11].

Los organoides renales derivados de células madre se pueden clasificar en las dos categorías siguientes: organoides progenitores de nefrona (NP) y organoides de yema ureteral (UB). Ambos tipos de organoides han sido bien establecidos como modelos de enfermedades. Los organoides NP se parecen al mesénquima metanéfrico, que contiene células NP multipotentes. De hecho, una sola célula mesenquimatosa metanéfrica puede dar lugar a todas las células epiteliales de la nefrona, excluyendo el conducto colector [8]. Las metodologías para generar organoides NP derivados de hiPSC incluyen cultivo 2D con agregación posterior en una placa transwell porosa (p. ej., Takasato et al. (2016), Morizane et al. (2015)) o cultivo 3D en un hidrogel (p. ej., Freedman et al. (2015)) [12-14]. Estos organoides desarrollan estructuras glomerulares y tubulares. Los organoides NP derivados de dos de los protocolos NP más populares de Takasato y Morizane se compararon en un extenso análisis ómico realizado por Wu et al. (2018) [15]. Descubrieron que, mientras que el protocolo de Takasato genera aproximadamente un 11 % de células similares a los podocitos y un 21 % de células no objetivo por organoide, el protocolo Morizan genera aproximadamente un 28,5 % de células similares a los podocitos y un 14,3 % de células no objetivo [15]. Los organoides de Takasato también parecen desarrollar una pequeña cantidad de regiones similares a UB, pero predominantemente imitan el mesénquima metanéfrico, clasificándolos así como organoides NP [12]. Además, Morizane et al. (2015) y Takasato et al. (2016) carecen de un entorno de hidrogel extracelular que está presente en el trabajo de Freedman et al. (2015) [14]. Garreta et al. (2019) sostienen que la presencia de un hidrogel en la formación de organoides mejora la formación de la estructura renal y mejora la producción de marcadores IM tempranos, marcadores IM posteriores y marcadores IM anteriores [16].

A diferencia de los organoides NP, los organoides UB imitan la yema ureteral, que da lugar al sistema de conductos colectores. Los métodos para generar organoides UB se han desarrollado más recientemente e incluyen el cultivo de cuerpos embrioides y la posterior agregación a pozos de baja adherencia [17]. Estos organoides tienen estructuras tubulares y de conductos colectores. Finalmente, los organoides NP y UB también se han combinado para generar estructuras de cocultivo de orden superior para recapitular las características humanas adultas.fenotipos renales[17]. Los protocolos más populares paraorganoide renalLa formación se resume en la Figura 2 a continuación [12–14,17–19].

Figura 2. Resumen de los protocolos de formación de organoides más populares

2.3. Cómo se comparan: organoides renales frente a riñones humanos

Los protocolos descritos anteriormente implican principalmente el autoensamblaje de hiPSC en organoides. Imitan las condiciones fetales para inducir a las hiPSC a diferenciarse en linajes específicos de riñón y formar estructuras específicas de riñón. La primera condición fetal que replican es la señalización de racha primitiva. La raya primitiva es una sección del embrión que se desarrolla antes de que se separen las tres capas germinales. La mayoría de los protocolos hacen esto utilizando el agonista de señalización WNT CHIR. A continuación, para la derivación del linaje NP, se debe inducir el mesodermo intermedio posterior (PIM), y para el linaje UB, se debe inducir el mesodermo intermedio anterior (AIM) [17]. Curiosamente, Takasato et al. (2015) descubrieron que cuanto más largo era el período de administración de CHIR, se desarrollaba más mesodermo de tipo posterior, mientras que cuanto más corto era el período, se desarrollaba más mesodermo de tipo anterior [20]. Por lo tanto, una mayor duración de la señalización WNT conduce a una mayor generación de estructuras glomerulares y proximales, y una menor duración de la señalización WNT conduce a una mayor generación de estructuras distales.

Una vez completado el protocolo NP, se desarrollan organoides con regiones glomerulares y tubulares. Sin embargo, son inmaduros. Los estudios han demostrado que los organoides renales derivados de hiPSC imitan al feto del primer trimestre [20]. Uno de los análisis más extensos sobre este tema fue realizado por Subramanian et al. (2019), que utilizaron RNA-seq para comparar organoides renales con riñones humanos de 8-semanas, 17-semanas y adultos. Concluyeron que los organoides renales son más similares a los riñones humanos en las semanas 8 y 17 en el feto que en los riñones adultos [21]. Además, los organoides renales muestran tinción de marcadores multipotentes primitivos como SIX2+ en todo el riñón, mientras que el riñón humano diferenciado adulto no expresa dichos marcadores [22]. Por lo tanto, para utilizar el organoide del riñón como sustituto del riñón humano adulto para estudiar enfermedades, debe avanzar en la edad gestacional.

Los organoides renales no sólo pueden imitar más a los metanefros tempranos que el riñón humano adulto adecuado, sino que pueden parecerse incluso más a los mesonefros que a los metanefros si la concentración de morfógeno no se regula adecuadamente [23]. Al abordar estas preocupaciones, Tsujimoto et al. (2020) investigaron la diferenciación in vitro de hiPSC en NP mesonéfricas, NP metanéfricas y células UB [24]. Este estudio identificó varios factores que diferencian estos tres linajes y, por lo tanto, pueden aplicarse al estudio futuro de estos tres sistemas distintos [24]. Otros avances clave en la maduración de organoides incluyen las interacciones NP-UB y la vascularización. Algunos de los estudios más notables para abordar estas cuestiones fueron realizados por Taguchi y Nishinakamura (2017) y Tsujimoto et al. (2020) [17,24]. Estos estudios generaron organoides cocultivados con MM-UB y los trasplantaron a ratones, donde fueron vascularizados. La generación de estas estructuras metanéfricas de orden superior muestra una estructura renal derivada de células madre significativamente avanzada que se parece a los riñones humanos reales. Sin embargo, incluso estos sistemas avanzados no pudieron recapitular la ramificación UB más extensa que ocurre durante el segundo y último trimestre in vivo [24]. Estos hallazgos subrayan la necesidad de replicar las funciones e interacciones endógenas del riñón maduro de las que carecen los organoides actuales, como el flujo de fluidos.

3. Organoides renales como sistemas modelo

La semejanza de los organoides renales con los riñones humanos los hace adecuados para el modelado de enfermedades y la detección de fármacos. Pueden fabricarse en menos de un mes, personalizarse para un individuo y producirse en masa [12–14,17–19]. Además, pueden cultivarse in vitro o trasplantarse a ratones, ratas o huevos de pollo para formar modelos completos in vivo. A continuación, exploraremos los análisis que se pueden realizar con organoides renales, así como los usos actuales y futuros de los organoides renales en la investigación biomédica.

3.1. Análisis de organoides renales

3.1.1. Ensayos in vitro

Se pueden realizar varios ensayos fisiológicos, moleculares y funcionales en organoides renales. En términos de ensayos moleculares, se han realizado con éxito diferentes análisis transcriptómicos en organoides renales [25]. Por ejemplo, Takasato et al. (2015) extrajeron ARN de organoides y realizaron secuenciación de ARN y análisis de qRTPCR [20].

Otros, como Wu et al. (2018) han realizado aislamiento de núcleos y secuenciación de snRNA, además de secuenciación de scRNA DropSeg en organoides renales. Además de los niveles de ARN, se han cuantificado y comparado varios niveles de proteínas a partir del lisado de organoides renales mediante inmunotransferencia (p. ej., Cruz et al., 2017; Morais et al, 2022) [26,27]. Además, se han realizado de forma rutinaria análisis inmunocitoquímicos en organoides renales para examinar estructuras de nefronas específicas. Esto a menudo se realiza como tinción de organoides completos; alternativamente, también se han utilizado secciones de tejido para el sondeo (p. ej., Takasato et al, 2015; Cruz et al., 2017) (20,26). Estos estudios han revelado que los organoides renales exhiben glomérulos, túbulos proximales, túbulos distales, membrana basal y disposición del conducto colector (20,27]. La Figura 3 a continuación muestra un ejemplo de organoides de riñón humano seccionados e incluidos en parafina generados utilizando el protocolo de Takasato et al. (2016) (12) La sección se tiñe para glomerular, túbulo proximal y distal. proteínas marcadoras de túbulos y exhibe estructuras nefrónicas continuas desde glomerular hasta túbulo distal. Además de las estructuras, se sabe que los organoides renales también exhiben vasculatura. Sin embargo, es limitada, retrocede rápidamente y no está organizada como en un riñón típico (28).

También se pueden realizar múltiples ensayos funcionales en organoides renales. Por ejemplo, como lo describen Freedman et al. (2022), los organoides renales pueden estar sujetos a ensayos de seguimiento de pulsos, en los que se pueden agregar varias moléculas fluorescentes a los medios antes de ser reemplazadas por nuevos medios que carecen de fluorescencia [29]. Luego se pueden analizar los organoides para determinar la absorción de estas moléculas, y la información resultante se puede utilizar para deducir información sobre acumulación, hinchazón, filtración, endocrina o lesión [29]. Sin embargo, uno de los problemas con este ensayo en plataformas organoides es que las moléculas pueden introducirse externamente a estructuras tubulares cerradas en lugar de a través de la superficie apical, como ocurriría in vivo. Por lo tanto, las moléculas fluorescentes pueden absorberse desde la membrana basolateral exterior, ya que no hay forma de controlar adónde pueden ir estas moléculas cuando se introducen en gran medida en el medio. Además, el transporte de moléculas puede verse limitado por la difusión dentro de los organoides, creando diferentes tendencias de acumulación dentro de un mismo organoide.

Además, la reparación renal también se puede evaluar en plataformas organoides, lo que permite conocer los mecanismos de reversión de la lesión renal y las bases genéticas que pueden predisponer a los pacientes a la enfermedad renal. Por ejemplo, estudios como Gupta et al. (2022) han investigado vías genéticas que estaban reguladas positivamente en presencia de exposiciones únicas o múltiples al cisplatino, una molécula de lesión renal, en plataformas organoides renales [30]. Por último, la formación de quistes se puede analizar en organoides con el fin de estudiar la poliquistosis renal (PKD) mediante la activación de AMPc [26]. Luego, los quistes pueden medirse, cuantificarse y tratarse como sustitutos de los quistes renales humanos.

3.1.2. Análisis en vivo

Un inconveniente importante del uso de organoides renales in vitro como sistema modelo es su falta de interacción con el resto del organismo. Una gran cantidad de afecciones que afectan a secciones remotas del cuerpo pueden afectar al riñón y viceversa. Por ejemplo, los cambios en la presión arterial pueden cambiar drásticamente la presión glomerular, que el riñón, a su vez, puede regular. Sin embargo, in vitro, los sistemas organoides no tienen en cuenta estas interacciones sistémicas. Por lo tanto, se han explorado enfoques de trasplante que involucran organoides renales de origen humano en ratones, ratas y huevos de pollo. En tales estudios, los tejidos humanos y animales se distinguen mediante inmunotinción del antígeno nuclear humano o alineación de lectura del cromosoma Y con la referencia del genoma combinado [21]. Además, los organoides se pueden trasplantar a través de un andamio (por ejemplo, seda) para proporcionar un mayor nivel de integridad estructural [31]. Este enfoque puede permitir análisis más sencillos de tejidos organoides específicos después del trasplante.

Una ventaja clave del trasplante de organoides renales es que permite que los organoides se vascularicen, maduren e incluso filtren la orina. Van den Berg et al. (2018) han demostrado que después del trasplante renal subcapsular en ratones, los glomérulos y túbulos organoides renales maduran significativamente [32]. En otro estudio, Subramanian et al. (2019) han demostrado que el trasplante de organoides derivados de hiPSC en ratones conduce a una mayor maduración de los túbulos proximales y distales y a una menor presencia de poblaciones de células no objetivo dentro del organoide [21]. Más importante aún, después del trasplante, los organoides renales pueden realizar la función principal del riñón: filtrar la sangre. Después del trasplante subcutáneo en ratones, los organoides renales formaron estructuras de filtrado de orina, como lo demuestra la transferencia de dextrano marcado con FITC [33]. Por lo tanto, el trasplante no sólo permite estudiar los efectos de una mutación en un organoide del riñón in vivo, sino que también mejora la semejanza del organoide con el riñón humano y lo convierte en un sistema algo funcional.

Si bien los ratones inmunodeficientes se utilizan a menudo para el trasplante de organoides renales hiPSC, también se han utilizado otros huéspedes, como las membranas corioalantoideas de pollo (CAM). Una CAM es naturalmente inmunodeficiente y favorece la vascularización del organoide [16]. Sin embargo, carece de los sistemas de órganos típicos de los mamíferos, lo que hace que los organoides renales estén desconectados de otros sistemas, a diferencia de los ratones. A pesar de los contratiempos relacionados con el huésped, la generación de quimeras con organoides renales de origen humano permite un estudio extenso in vivo de la enfermedad renal humana en una plataforma de gran impacto.

3.2. Estudios de modelado de enfermedades realizados hasta el momento

3.2.1. Organoides renales como modelos de enfermedades genéticas

Los organoides renales se han utilizado para estudiar enfermedades renales genéticas tubulares y glomerulares [26,34,35]. En los seres humanos, las enfermedades tubulares más destacadas incluyen la poliquistosis renal (PKD) pediátrica, que resulta de mutaciones autosómicas recesivas en el gen fibroquístico (PKHD1), y la PKD en adultos, que resulta de mutaciones autosómicas dominantes en la policistina-1 y -2 genes [36–38]. Estas mutaciones pueden introducirse artificialmente en las hiPSC mediante tecnologías de edición de genes, como el sistema CRISPR-Cas 9. Las hiPSC editadas se pueden cultivar posteriormente en organoides de riñón humano que modelan la PKD y analizarse mediante tinción de proteínas y perfiles de ARN. Por ejemplo, Freedman et al. (2015) y Cruz et al. (2017) han eliminado genes de policistina en líneas hiPSC utilizando el sistema CRISPR/Cas9 y posteriormente han obtenido organoides que imitan el fenotipo quístico encontrado in vivo en pacientes enfermos [14,26]. Estos estudios muestran que los organoides renales pueden usarse como plataformas fácilmente observables y relevantes para la enfermedad para estudiar la PKD. Además, los organoides elaborados a partir de líneas celulares derivadas de pacientes permiten conocer las mutaciones específicas del paciente y la probabilidad de desarrollo de la enfermedad. Por ejemplo, Low et al. (2019) desarrollaron organoides renales derivados de pacientes con mutaciones PKHD1 y los compararon con organoides de tipo salvaje [39]. Los organoides enfermos exhibieron una formación significativamente mayor de quistes, lo que demuestra el potencial de los organoides renales para predecir la manifestación de la enfermedad a partir del genotipo [39]. En otro estudio, Hernández et al. (2021) obtuvieron hiPSC de pacientes con mutaciones en el gen del complejo de esclerosis tuberosa-2, lo que hace que el paciente sea propenso a desarrollar tumores renales [40]. Luego corrigieron la mutación del paciente con el sistema CRISPR/Cas9. Los organoides renales de estas líneas mutantes isogénicas corregidas mostraron una formación de quistes reducida y vías genéticas restauradas en comparación con los organoides enfermos, lo que demuestra la utilidad de los organoides renales en el estudio de los efectos funcionales posteriores de mutaciones específicas en sistemas isogénicos similares a órganos.

Los investigadores también han utilizado organoides obtenidos de pacientes para conocer mejor las enfermedades genéticas que afectan al glomérulo. Por ejemplo, Hale et al. (2018) se centraron en el gen NPHS1 (nefrina), que, si se muta, induce la formación de procesos defectuosos en los pies de los podocitos y la filtración de orina con fugas, lo que provoca enfermedad renal [34]. Hale y cols. (2018) utilizaron hiPSC NPHS1 mutantes derivadas de pacientes para derivar organoides renales que modelaron estos procesos defectuosos de los pies de los podocitos, incluidos niveles reducidos de proteínas específicas de los podocitos, nefrina y podocina [34]. Asimismo, Freedman et al. (2015) eliminaron el gen glomerular PODXL en hiPSC y descubrieron que los organoides muestran una arquitectura podocito-podocito defectuosa [14].

Un potencial en gran medida sin explotar de los organoides renales es su capacidad para modelar defectos embrionarios y fetales. Actualmente, los investigadores se esfuerzan por modelar el riñón humano adulto con el organoide del riñón. Sin embargo, en su estado actual de primer y segundo trimestre, el organoide renal puede usarse para estudiar defectos renales del desarrollo [41]. Los defectos del desarrollo del sistema urinario, como la displasia renal, se encuentran entre algunos de los trastornos del desarrollo más prevalentes y graves [42]. Dado que muchas de estas enfermedades pueden detectarse ya a las 11 semanas, los organoides renales se prestan especialmente bien para estudiar las discapacidades renales congénitas. No solo tenemos a nuestra disposición organoides renales metanéfricos similares al primer y segundo trimestre, sino que también tenemos líneas celulares de riñón mesonéfricos primitivos (p. ej., Tsujimoto et al., 2020) para estudiar defectos embrionarios y fetales [24]. Como pocos sistemas permiten el estudio y la manipulación de un riñón humano en desarrollo, el organoide renal ofrece un enorme potencial para estudios genéticos, toxicológicos y de desarrollo fetales.

3.2.2. Organoides renales como modelos para otras enfermedades

Además de las enfermedades genéticas, los organoides renales se han utilizado para estudiar la respuesta de los sistemas humanos a infecciones virales, cáncer y lesiones. Por ejemplo, Jansen et al. (2021) utilizaron una plataforma organoide renal para evaluar los efectos del SARS-CoV-2 viral en los riñones humanos [43]. Este grupo descubrió que la infección por SARS-CoV-2 conduce a una mayor expresión de colágeno I en los organoides del riñón humano, proporcionando así una explicación mecanicista de la lesión renal y la fibrosis que a menudo acompañan a los casos graves de COVID prolongado-19 [ 43]. En cuanto a la investigación del cáncer, Hernández et al. (2021) trasplantaron organoides renales en ratas inmunodeficientes para modelar tumores renales raros influenciados genéticamente. Aquí, los organoides derivados de pacientes desarrollaron lesiones similares a tumores, recapitulando así los tumores de riñón humanos [40]. Además, utilizaron modelos de tumores basados ​​en organoides renales como estructuras semifuncionales de origen humano y probaron fármacos y terapias basadas en nanopartículas. Finalmente, estudios recientes han demostrado que los organoides renales pueden usarse para evaluar la respuesta a la lesión renal. Por ejemplo, Prezpiorski et al. (2022) demostraron que los organoides renales producen marcadores de daño oxidativo y una mayor expresión de marcadores de lesión mediante la administración de la molécula de lesión hemina a los organoides renales, junto con un biosensor [44].

3.2.3. Organoides renales en la evaluación de fármacos

Además de proporcionar información sobre enfermedades, los organoides renales se han utilizado para detectar fármacos. En particular, los organoides renales se han utilizado para estudiar la lesión renal inducida por fármacos (DIKI), que es una de las principales causas de lesión renal aguda [45]. En la evaluación de los efectos secundarios del cisplatino, Czerniecki et al. (2018) demostraron que los organoides renales son útiles como modelos de alto rendimiento para examinar nuevos productos farmacéuticos en una amplia gama de genética humana [46].

Otros, como Wu et al. (2018) han realizado aislamiento de núcleos y secuenciación de snRNA, además de secuenciación de scRNA DropSeg en organoides renales. Además de los niveles de ARN, se han cuantificado y comparado varios niveles de proteínas a partir del lisado de organoides renales mediante inmunotransferencia (p. ej., Cruz et al., 2017; Morais et al, 2022) [26,27]. Además, se han realizado de forma rutinaria análisis inmunocitoquímicos en organoides renales para examinar estructuras de nefronas específicas. Esto a menudo se realiza como tinción de organoides completos; alternativamente, también se han utilizado secciones de tejido para el sondeo (p. ej., Takasato et al, 2015; Cruz et al., 2017) (20,26). Estos estudios han revelado que los organoides renales exhiben glomérulos, túbulos proximales, túbulos distales, membrana basal y disposición del conducto colector (20,27]. La Figura 3 a continuación muestra un ejemplo de organoides de riñón humano seccionados e incluidos en parafina generados utilizando el protocolo de Takasato et al. (2016) (12) La sección se tiñe para glomerular, túbulo proximal y distal. proteínas marcadoras de túbulos y exhibe estructuras nefrónicas continuas desde glomerular hasta túbulo distal. Además de las estructuras, se sabe que los organoides renales también exhiben vasculatura. Sin embargo, es limitada, retrocede rápidamente y no está organizada como en un riñón típico (28).

Figura 4. Resumen de las formas en que se pueden utilizar los organoides renales para modelar enfermedades. Resumen de las formas en que se pueden utilizar los organoides renales para modelar di