Generierung humaner glomerulärer Sphäroide und Filtrationsbarrieren im vaskularisierten Milieu als personalisiertes Modell für glomeruläre Erkrankungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Janina Müller-Deile; Dr. Dominik Steiner
• Fachliche Zuordnung: Nephrologie ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506565062

In der Niere ist das Glomerulum die Funktionseinheit, in der der Primärharn vom Blut durch die glomeruläre Filtrationsbarriere filtriert wird. Diese Barriere besteht aus den fenestrierten glomerulären Endothelzellen, der glomerulären Basalmembran und den Podozyten.Schädigungen insbesondere der Podozyten können zum Nephrotischen Syndrom führen. Eine Ursache für ein steroidresistentes Nephrotisches Syndrom (SRNS) sind Mutationen in podozytären Genen. Bei autosomal dominaten Mutationen manifestiert sich die Erkrankung meist erst im jungen Erwachsenenalter, sodass ein second hit erwartet wird. Es wird angenommen, dass ein SRNS nicht auf medikamentöse Therapie anspricht, und dass es zu einer rasch progredienten Niereninsuffizienz führt. Dennoch gibt es Daten, dass eine Kombination aus Cyclosporin A und Steroiden erfolgsversprechende Remissionsraten erzielen kann. Genaue Mechanismen dieser Therapie sind jedoch unbekannt.Seit Jahren werden Zellkulturmodelle eingesetzt, um glomeruläre Erkrankungen ex vivo zu untersuchen. Allerdings sind diese Modelle limitiert, da sie keine 3D Struktur aufweisen, es keine Kommunikation unterschiedlicher glomerulärer Zelltypen gibt, keine patienteneigenen Zellen eingesetzt werden und kein vaskularisiertes Milieu vorliegt.Ziel des Projektes ist es, glomeruläre Strukturen zu entwickeln, welche ein besseres Verständnis der glomerulären Funktion und Interaktion unter physiologischen und pathologischen Bedingungen ermöglichen. Hierfür sollen zunächst glomeruläre Sphäroide in vitro aus personalisierten iPSC Podozyten, glomerulären Endothelzellen und Mesangialzellen in Co-Kulturen generiert werden und später im Rattenmodell vaskularisiert werden. Des Weiteren sollen patienteneigene Podozyten zusammen mit humanen glomerulären Endothelzellen an einer artifiziellen Basalmembran kultiviert und ebenfalls im bereits etablierte AV Loop Rattenmodell vaskularisiert werden. Für die Generierung der iPSC Podozyten der Patienten werden aus Hautfibroblasten von Patienten mit WT1 Mutation und INF2 Mutation sowie von gesunden Probanden über episomale Reprogrammierung in iPSCs umgewandelt und anschließend in Podozyten differenziert, die die patienteneigene podozytäre Mutation forttragen.Schließlich werden die vaskularisierten Modelle explantiert und in vitro unterschiedlichen therapeutischen und toxikologischen Studien unterzogen. Single cell seq Analyse und morphologische Charakterisierung der vaskularisierten Co-Kulturmodelle erlaubt, die patienteneigenen Podozyten im Kontext der anderen glomerulären Zellen mit und ohne Behandlung zu untersuchen.Hierdurch lassen sich Patienten-individuell sowohl mögliche therapeutische Optionen bei SRNS aber auch Suszeptibilität gegenüber toxischen Substanzen ex vivo hervorsagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen