우리는 과거와 현재의 모든 Mao 및 Hu Lab 구성원이 흥미로운 토론과 프로젝트에 큰 기여를 한 것에 대해 매우 감사합니다. 국립아동보건임상연구센터(National Clinical Research Center for Child Health)의 큰 지원에 감사드립니다. 이 연구는 중국 국립자연과학재단(U20A20351 Jianhua Mao, 82200784 Lidan Hu), 중국 저장성 자연과학재단(No. LQ22C070004 Lidan Hu), 장쑤성 자연과학재단(보조금 번호. BK20210150 Gang Wang에게).

본 연구에 사용된 iPSC는 상업적 출처에서 얻은 것입니다. 세포는 시판되는 기저막 매트릭스-코팅 플레이트 상에 mTeSR 배지로 유지하였다( 재료 표 참조). 표 1 은 연구에 사용된 모든 배지 조성물을 포함하고 있다.
1. 분화 및 후방 원시 줄무늬(PS) 유도를 위한 iPSC 도금
<ol><li>멤브레인 매트릭스 코팅된 6웰 플레이트에서 2mL DPBS로 iPSC를 세척...

신장 오가노이드 생산을 위한 유도만능줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cell) 현탁액 사용

<ol>
	<li>Tekguc, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kidney+organoids:+a+pioneering+model+for+kidney+diseases.">Kidney organoids: a pioneering model for kidney diseases.</a> Translational Research. 250, 1-17 (2022).</li><li>Hill, N. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+prevalence+of+chronic+kidney+disease+-+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Global prevalence of chronic kidney disease - a systematic review and meta-analysis.</a> PLOS ONE. 11 (7), 0158765 (2016).</li><li>Rossi, G., Manfrin, A., Lutolf, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+and+potential+in+organoid+research.">Progress and potential in organoid research.</a> Nature Reviews Genetics. 19 (11), 671-687 (2018).</li><li>Takasato, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directing+human+embryonic+stem+cell+differentiation+towards+a+renal+lineage+generates+a+self-organizing+kidney.">Directing human embryonic stem cell differentiation towards a renal lineage generates a self-organizing kidney.</a> Nature Cell Biology. 16 (1), 118-126 (2014).</li><li>Morizane, R., Lam, A. Q., Freedman, B. S., Kishi, S., Valerius, M. T., Bonventre, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nephron+organoids+derived+from+human+pluripotent+stem+cells+model+kidney+development+and+injury.">Nephron organoids derived from human pluripotent stem cells model kidney development and injury.</a> Nature Biotechnology. 33 (11), 1193-1200 (2015).</li><li>Freedman, B. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+kidney+disease+with+CRISPR-mutant+kidney+organoids+derived+from+human+pluripotent+epiblast+spheroids.">Modelling kidney disease with CRISPR-mutant kidney organoids derived from human pluripotent epiblast spheroids.</a> Nature Communications. 6 (1), 8715 (2015).</li><li>Takasato, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kidney+organoids+from+human+iPS+cells+contain+multiple+lineages+and+model+human+nephrogenesis.">Kidney organoids from human iPS cells contain multiple lineages and model human nephrogenesis.</a> Nature. 526 (7574), 564-568 (2015).</li><li>Mugford, J. W., Sipil&#228;, P., McMahon, J. A., McMahon, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Osr1+expression+demarcates+a+multi-potent+population+of+intermediate+mesoderm+that+undergoes+progressive+restriction+to+an+Osr1-dependent+nephron+progenitor+compartment+within+the+mammalian+kidney.">Osr1 expression demarcates a multi-potent population of intermediate mesoderm that undergoes progressive restriction to an Osr1-dependent nephron progenitor compartment within the mammalian kidney.</a> Developmental biology. 324 (1), 88-98 (2008).</li><li>SaxOn, L., Sariola, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+organogenesis+of+the+kidney.">Early organogenesis of the kidney.</a> Pediatric Nephrology. 1, 385-392 (1987).</li><li>Kobayashi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Six2+defines+and+regulates+a+multipotent+self-renewing+nephron+progenitor+population+throughout+mammalian+kidney+development.">Six2 defines and regulates a multipotent self-renewing nephron progenitor population throughout mammalian kidney development.</a> Cell Stem Cell. 3 (2), 169-181 (2008).</li><li>Boyle, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fate+mapping+using+Cited1-CreERT2+mice+demonstrates+that+the+cap+mesenchyme+contains+self-renewing+progenitor+cells+and+gives+rise+exclusively+to+nephronic+epithelia.">Fate mapping using Cited1-CreERT2 mice demonstrates that the cap mesenchyme contains self-renewing progenitor cells and gives rise exclusively to nephronic epithelia.</a> Developmental Biology. 313 (1), 234-245 (2008).</li><li>Nishinakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+kidney+organoids:+progress+and+remaining+challenges.">Human kidney organoids: progress and remaining challenges.</a> Nature Reviews Nephrology. 15 (10), 613-624 (2019).</li><li>Kumar, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kidney+micro-organoids+in+suspension+culture+as+a+scalable+source+of+human+pluripotent+stem+cell-derived+kidney+cells.">Kidney micro-organoids in suspension culture as a scalable source of human pluripotent stem cell-derived kidney cells.</a> Development. 146 (5), 172361 (2019).</li><li>Takasato, M., Er, P. X., Chiu, H. S., Little, M. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+kidney+organoids+from+human+pluripotent+stem+cells.">Generation of kidney organoids from human pluripotent stem cells.</a> Nature Protocols. 11 (9), 1681-1692 (2016).</li></ol>

iPSC에서 신장 오가노이드를 생성하기 위한 자세한 프로토콜이 설명되었으며, 여기에는 기저 배지, 초기 세포 밀도 및 CHIR99021 농도에 대한 약간의 변형이 포함됩니다. 다양한 실험에서 성공적인 신장 오가노이드 생성을 위한 중요한 요소는 중간 중배엽(IM)과 7일째 세포 상태의 초기 분화인 것으로 밝혀졌습니다. 더욱이, 상이한 iPSC 라인은 세포 증식 및 분화 잠재력의 변화를 나타내어 최적의 세포 ...

신장은 기능 단위에 따라 생리적 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 노폐물을 배출하는 네프론은 체액의 구성을 조절할 수 있습니다. 유전적 돌연변이 또는 기타 고위험 요인에 의해 발생하는 만성 신장 질환(CKD)은 결국 말기 신장 질환(ESKD)으로 진행됩니다1,2. ESKD는 네프론의 재생 능력이 제한되어 있기 때문인 것으로 보인다. 따라서 신대체 요법이 필요합니다. 인간 iPSC의 유도 분화는 신장 발달을 연구하고, 환자별 질병을 모델링하고, 신독성 약물 스크리닝을 수행하는 데 사용할 수 있는 환자별 3D 신장 오가노이드의 체외 생성을 가능하게 합니다 3,4.
배아 발달 과정에서 신장은 원시 줄무늬(PS)와 구별되는 중간 중배엽(IM)에서 유래합니다. 고전적인 WNT 신호전달 경로는 FGF(FGF9, FGF20) 및 BMP(JNK를 통한 Bmp7 신호전달)5,6,7의 조정된 참여로 IM의 추가적인 분화를 유도할 수 있다. 그들은 신장 전구 세포 (NPC)의 두 가지 중요한 세포 집단을 생산합니다 : 요관 새싹 (UB)과 메타 네프릭 중간엽 (MM)은 각각 수집 덕트와 네프론을 형성합니다 8,9. 각 네프론은 근위 세뇨관 및 원위 세뇨관과 같은 사구체 및 세뇨관 세그먼트와 Henle10,11의 고리로 구성됩니다. 위에서 언급한 이론에 따르면, 현재 발표된 프로토콜은 신장 오가노이드를 유도하기 위해 신호 캐스케이드 및 성장 인자 자극을 모방합니다 5,12.
지난 몇 년 동안 인간 iPSC를 신장 오가노이드 5,6,7,12로 분화하기 위한 많은 프로토콜이 개발되었습니다. Takasato et al.7은 FGF9로 대체하기 전에 CHIR(WNT 작용제) 치료 기간을 최적화했습니다. 프로토콜에 따르면 4일 동안 CHIR에 노출된 후 3일 동안 FGF9에 노출되는 것이 iPSC에서 IM을 유도하는 가장 효과적인 방법입니다. 트랜스웰 필터는 절차에서 배양 형식으로 활용되었습니다. 그러나 이 방법은 초보자에게는 어렵습니다. 따라서 Kumar et al.13은 문화권 형식을 변경하려고 시도하고 문화권을 일시 중단하기로 결정했습니다. 그들은 7일째에 부착 세포를 해리하여 네프론과 같은 구조를 포함하는 배아체(EB)로 조립할 수 있도록 낮은 부착 플레이트에 파종했습니다. 그러나 이러한 방법의 배치 효과는 특히 다른 iPSC에서 분명했습니다. 또한, 다른 문헌에서는 CHIR의 농도가 7 μM에서 12 μM까지 다양하다고 보고했습니다 5,13,14.
우리는 세포 밀도와 CHIR의 농도가 다양한 iPSC의 오가노이드 생성에 영향을 미칠 수 있다고 추측했으며, 이는 실험에서 여러 번 검증되었습니다. 본 프로토콜은 Kumar et al.13 의 연구 방법을 약간 수정하여 사용자에게 단계별 절차를 제공했습니다. 접근 방식의 일정과 개략도는 그림 1에 나와 있습니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>96 Well Cell Culture Plate, Flat-Bottom</td>
			<td>NEST</td>
			<td>Cat #701003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Accutase</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #o7920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibodies</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyl alcohol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Cat #100-51-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzyl benzoate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Cat #120-51-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biological Safety Cabinet</td>
			<td>Haier</td>
			<td>Cat #HR40&#160;<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65698/65698eq01.jpg" style="margin: auto;" />&#160;A2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biotin anti-human LTL (1:300)</td>
			<td>Vector Laboratories</td>
			<td>Cat #B-1325</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blood mononuclear cells hiPS-B1 (iPSc, female)</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon dioxide level shaker</td>
			<td>HAMANY</td>
			<td>Cat #C0-06UC6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemicals, peptides, and recombinant proteins</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CHIR99021 (Wnt pathway activator)</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #72054</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Costar Multiple 6 Well Cell Culture Plate</td>
			<td>Corning</td>
			<td>Cat #3516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Costar Ultra-Low Attachment 6 Well Plate</td>
			<td>Corning</td>
			<td>Cat #3471</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CryoStor CS10</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #07930</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPI stain Solution</td>
			<td>Coolaber</td>
			<td>Cat #SL7102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dextran, Alexa Fluor 647</td>
			<td>Thermo SCIENTIFIC</td>
			<td>Cat #D22914</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM/F-12 HEPES-free</td>
			<td>Servicebio</td>
			<td>Cat #G4610</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey Anti-Sheep IgG H&#38;L (Alexa Fluor 647)</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>Cat #ab150179</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Donkey serum stoste</td>
			<td>Meilunbio</td>
			<td>Cat #MB4516-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-PBS (without calcium, magnesium, phenol red)</td>
			<td>Solarbio Life Science</td>
			<td>Cat #D1040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry Bath Incubator</td>
			<td>Shanghai Jingxin</td>
			<td>Cat #JX-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dylight 488-Goat Anti-Mouse IgG (1:400)</td>
			<td>Earthox</td>
			<td>Cat #E032210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dylight 488-Goat Anti-Rabbit IgG (1:400)</td>
			<td>Earthox</td>
			<td>Cat #E032220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dylight 549-Goat Anti-Mouse IgG (1:400)</td>
			<td>Earthox</td>
			<td>Cat #E032310</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dylight 549-Goat Anti-Rabbit IgG (1:400)</td>
			<td>Earthox</td>
			<td>Cat #E032320</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dylight 649-Goat Anti-Rabbit IgG (1:400)</td>
			<td>Earthox</td>
			<td>Cat #E032620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental models: Cell Lines</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forma Steri-Cycle CO2 Incubator</td>
			<td>Thermo SCIENTIFIC</td>
			<td>Cat #370</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Geltre LDEV-Free</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>Cat #A1413202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass Bottom Culture Dishes</td>
			<td>NEST</td>
			<td>Cat #801002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat anti-human CUBN (1:300)</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>Cat #sc-20607</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin Solution (Cell culture supplement)</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #07980</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Recombinant FGF-9</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #78161</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted Microscope</td>
			<td>OLYMPUS</td>
			<td>Cat #CKX53</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Scanning Confocal Microscope</td>
			<td>OLYMPUS</td>
			<td>Cat #FV3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methyl cellulose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Cat #M7027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Centrifuge</td>
			<td>HENGNUO</td>
			<td>Cat #2-4B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-human CD31 (1:300)</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>Cat #555444</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-human ECAD (1:300)</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>Cat #610182</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-human Integrin beta 1 (1:300)</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>Cat #ab30394</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse anti-human MEIS 1/2/3 (1:300)</td>
			<td>Thermo SCIENTIFIC</td>
			<td>Cat #39795</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mowiol 4-88 (Polyvinylalcohol 4-88)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Cat #81381</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mTeSR1 5X Supplement</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #85852</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mTeSR1 Basal Medium</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #85851</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nunc CryoTube Vials</td>
			<td>Thermo SCIENTIFIC</td>
			<td>Cat #377267</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Others</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-human GATA3 (1:300)</td>
			<td>Cell Signaling Technology</td>
			<td>Cat #5852S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-human LRP2 (1:300)</td>
			<td>Sapphire Bioscience</td>
			<td>Cat #NBP2-39033</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-human Synaptopodin (1:300)</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>Cat #ab224491</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-human WT1 (1:300)</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>Cat #ab89901</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit anti-mouse PDGFR (1:300)</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>Cat #ab32570</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human Serum Albumin (rHSA)</td>
			<td>YEASEN</td>
			<td>Cat #20901ES03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sheep anti-human NPHS1 (1:300)</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>Cat #AF4269</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STEMdiff APEL 2 Medium</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #05275</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptavidin Cy3 (1:400)</td>
			<td>Gene Tex</td>
			<td>Cat #GTX85902</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Versene (1X)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>Cat #15040066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632 (Dihydrochloride)</td>
			<td>STEMCELL Technologies</td>
			<td>Cat #72304</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

generating kidney organoids in suspension from induced pluripotent stem cells

신장 오가노이드는 다양한 접근법을 통해 유도만능줄기세포(iPSC)에서 생성할 수 있습니다. 이러한 오가노이드는 질병 모델링, 약물 스크리닝 및 잠재적인 치료 응용 분야에 큰 가능성을 가지고 있습니다. 이 글에서는 iPSC에서 신장 오가노이드를 생성하는 단계별 절차를 제시하며, 이는 PS(Posterior Primitive Streak)에서 시작하여 중간 중배엽(IM)까지 이어집니다. 이 접근법은 동물성 성분이 없는 정의된 배지인 APEL 2 배지에 의존합니다. 4일 동안 고농도의 WNT 작용제(CHIR99021)를 보충한 후 섬유아세포 성장 인자 9(FGF9)/헤파린과 저농도 CHIR99021를 추가로 3일 동안 보충합니다. 이 과정에서는 성공적인 신장 오가노이드 생성에 매우 중요하기 때문에 iPSC를 시작할 때 최적의 세포 밀도와 CHIR99021 농도를 선택하는 데 중점을 둡니다. 이 프로토콜의 중요한 측면은 낮은 점착 플레이트의 현탁 배양으로, IM이 사구체, 근위 관형 및 원위 관형 구조를 포함하는 네프론 구조로 점진적으로 발전할 수 있도록 하며, 모두 시각적으로 이해할 수 있는 형식으로 제공됩니다. 전반적으로, 이 상세한 프로토콜은 다양한 iPSC에서 신장 오가노이드를 생성하는 효율적이고 구체적인 기술을 제공하여 성공적이고 일관된 결과를 보장합니다.

The kidney plays a critical role in maintaining physiological homeostasis, depending on its functional unit. Nephrons, which excrete waste products, can regulate the composition of body fluids. Chronic kidney disease (CKD), caused by hereditary mutations or other high-risk factors, will eventually progress to end-stage kidney disease (ESKD)1,2. ESKD is apparently due to the limited regeneration capacity of nephrons. Thus, renal replacement therapy is required. Directed differentiation of human iPSCs enables the in vitro generation of patient-specific 3D kidney organoids, which can be used to study kidney development, model patient-specific diseases, and perform nephrotoxic drug screening3,4.
During embryonic development, kidneys originate from the intermediate mesoderm (IM), which differentiates from the primitive streak (PS). The classical WNT signaling pathway may induce additional differentiation of IM with the coordinated participation of FGF (FGF9, FGF20) and BMP (Bmp7 signaling through JNK)5,6,7. They produce two important cell populations of nephric progenitor cells (NPC): the ureteral bud (UB), and the metanephric mesenchyme (MM), forming the collecting ducts and the nephron, respectively8,9. Each nephron consists of glomerular and tubular segments, such as the proximal and distal tubules, and the loop of Henle10,11. According to the theory mentioned above, currently published protocols mimic the signal cascades and growth factor stimulation to induce kidney organoids5,12.
Over the past several years, many protocols have been developed to differentiate human iPSCs into kidney organoids5,6,7,12. Takasato et al.7 optimized the duration of CHIR (WNT agonist) treatment before replacement by FGF9. According to their protocol, CHIR exposure for 4 days, followed by FGF9 for 3 days, is the most effective way to induce IM from iPSCs. Transwell filters were utilized as the culture format in their procedure; however, this method is difficult for beginners. Therefore, Kumar et al.13 tried to change the culture format and chose to suspend the culture. They dissociated the adherent cells on Day 7 for seeding in low adherent plates to help them assemble into embryoid bodies (EBs) that contain nephron-like structures. However, the batch effect of these methods was apparent, especially in different iPSCs. Additionally, different literature reported that the concentration of CHIR varied from 7 &#181;M to 12 &#181;M5,13,14.
We speculated that the concentration of cell density and the CHIR might affect the generation of organoids in different iPSCs, and this has been verified numerous times in our experiments. The present protocol has slightly modified the study method of Kumar et al.13 and provided users with a step-by-step procedure. The schedule and schematic of the approach are shown in Figure 1.

저자 스포트라이트: 신장 오가노이드 생성을 위한 효율적인 생산을 위한 iPSC 분화 최적화 

유도만능줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells)에서 현탁액의 신장 오가노이드 생성

Our research presents a comprehensive and efficient method for producing kidney organoids from induced pluripotent stem cells, using suspension cultural conditions. We emphasize the importance of initial cell density and WNT agonist concentration during the inducing phase, which will educate new organoid researchers. Currently, it is difficult to obtain a single high-density cell line for iPSCs.The batch impact was noticeable, particularly in various iPSC lines. Each batch's kidney organoids, may have a varied form and size. Several attempts are necessary to get the best initial cell density and concentration of CHIR for one iPSC line.We have established that the initial differentiation of the intermediary method is important for successful kidney organoid formation. Our protocol describes in detail, how to choose the optimal cell densities and CHIR concentrations during the process because different iPSC lines showed variances in cell proliferation and differentiation ability. Researchers can quickly generate the specific kidney organoids from their iPSCs.According to our protocol, by adjusting the cell density and the concentration of CHIR, it's undoubtedly beneficial for all our researchers to focus on their kidney disease. Our lab future research has to optimize the method of the protocol in disease models, regenerate new medicine and the drug screening. In recent five years, our lab will focus on the epigenetics and the cell topic drug development of various hereditary kidney disease, based on patient development, iPSC and the kidney organized disease models.

IM의 생성은 GSK3 억제제 CHIR99021 사용하여 표준 WNT 신호 전달을 활성화한 후 FGF9/헤파린을 활성화하여 달성됩니다. 0일차부터 4일차까지 iPSC는 빠르게 팽창하여 능형형 또는 삼각형 모양을 취합니다. 합류점은 90%-100%에 도달하고 7일까지 고르게 축적됩니다. 현탁 배양 시 응집체는 7일째에 해리된 후 자발적으로 네프론 구조를 형성합니다. 현탁 배양을 통해 생성된 신장 오가노이드는 관형 구조를 나?...

Watch this Scientific Journal Video about Optimizing iPSC Differentiation for Efficient Production to Generate Kidney Organoids at JoVE.com

이 프로토콜은 현탁 배양 조건을 사용하여 유도만능줄기세포(iPSC)에서 신장 오가노이드를 생산하기 위한 포괄적이고 효율적인 방법을 제시합니다. 이 연구의 주요 초점은 초기 세포 밀도와 WNT 작용제 농도의 결정에 있어 신장 오가노이드 연구에 관심이 있는 연구자에게 도움이 됩니다.

Kidney organoids can be generated from induced pluripotent stem cells (iPSCs) through various approaches. These organoids hold great promise for disease ...

우리의 연구는 현탁 배양 조건을 사용하여 유도 만능 줄기 세포에서 신장 오가노이드를 생산하는 포괄적이고 효율적인 방법을 제시합니다. 우리는 유도 단계에서 초기 세포 밀도와 WNT 작용제 농도의 중요성을 강조하여 새로운 오가노이드 연구자를 교육할 것입니다. 현재 iPSC에 대한 단일 고밀도 세포주를 얻는 것은 어렵습니다.배치 영향은 특히 다양한 iPSC 라인에서 두드러졌습니다. 각 배치의 신장 오가노이드는 다양한 형태와 크기를 가질 수 있습니다. 하나의 iPSC 라인에 대해 최상의 초기 세포 밀도와 CHIR의 농도를 얻기 위해서는 여러 번의 시도가 필요합니다.우리는 중개 방법의 초기 분화가 성공적인 신장 오가노이드 형성에 중요하다는 것을 확인했습니다. 당사의 프로토콜은 서로 다른 iPSC 라인이 세포 증식 및 분화 능력의 차이를 보여주기 때문에 공정 중에 최적의 세포 밀도와 CHIR 농도를 선택하는 방법을 자세히 설명합니다. 연구원들은 iPSC에서 특정 신장 오가노이드를 신속하게 생성할 수 있습니다.당사의 프로토콜에 따르면, CHIR의 세포 밀도와 농도를 조정함으로써 모든 연구자가 신장 질환에 집중하는 것은 의심할 여지 없이 유익합니다. 우리 연구실의 미래 연구는 질병 모델에서 프로토콜 방법을 최적화하고, 신약 및 약물 스크리닝을 재생해야 합니다. 최근 5년 동안 우리 연구실은 환자 개발, iPSC 및 신장 조직 질환 모델을 기반으로 다양한 유전성 신장 질환의 후성유전학 및 세포 주제 약물 개발에 중점을 둘 것입니다.

유도만능줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells)에서 현탁액의 신장 오가노이드 생성

Abstract