剪切应力的作用于肾近端小管细胞肾毒性分析

文摘

药物引起的肾毒性引起巨大的发病率和死亡率在巨大的财务成本。药物引起的急性肾损伤最大的负担落在近端小管细胞。维持其结构和功能,肾近端小管细胞需要管状流体的剪切应力。研究了不同技术引入剪切应力等各种各样的近端小管细胞培养模型。复制这些研究往往有限,因为巨大的设备成本和不报告的所有相关参数允许复制和实验室之间的比较研究。本文将技术用于引入剪切应力,细胞系利用,生物的结果报道。进一步,我们提出一套干预来提高未来使用细胞培养模型肾毒性细胞生物学的理解。

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不能准确地识别肾毒性药物开发的一个主要问题。肾毒性是延长住院最常见的原因在美国和其他地方(1]。急性肾损伤通常发展到终末期肾病和肾脏替代治疗的需要,例如,透析或移植,其实质性的成本和发病率(2- - - - - -4]。14药物撤出市场在1990年和2010年之间的肾毒性,没有检测到可用的筛选策略(5]。

目前还没有fda批准的肾毒性(体外测试6]。一个主要因素是缺乏现成的细胞一个准确的目标,代表,活体肾脏细胞的生理相关模型。近端小管细胞(PTC)是一个主要候选人肾毒性的体外试验。PTC主要是负责吸收和代谢的药物在肾脏7- - - - - -9),破坏许多常用临床药物的目标包括氨基苷类抗生素,两性霉素B, radiocontrast媒体,免疫球蛋白,多样的抗肿瘤的药物7,8]。

PTC迅速去分化在传统2 d文化条件下,例如,96年组织培养板,这严重限制了这种格式的效用为体外毒性试验(10]。PTC(列车自动控制系统所需要的是暴露在流体剪切应力。体内,PTC暴露在流体剪切应力随着血液从肾小球滤液流经他们途中成为尿。他们感觉这个剪应力和响应与结构和生化变化,变化在体外环境中需要维护。

福田等人发现,人类主要PTC暴露在流体剪切应力增加了24小时的几种药物转运蛋白的表达,包括SLC37A2 SLS33A2, SLC47A1(也称MATE2-K [11]。许等人发现主要鼠小管维护他们的表达P450 CYP1A1 12天如果暴露在流体剪切应力在gyrorotatory文化12]。Mollet等人发现HK-2细胞暴露在流体剪切应力在一个生物反应器,与静态文化相比,保持多个膜转运蛋白的表达21天,包括PEPT1 (SLC15A1) PEPT 2 (SLC15A2) OCT1 (SLC22A1) OAT3 (SLC22A8)、γ谷酰基转移酶(gGT)和sodium-glucose cotransporter-2 (SGLT2) [13]。不幸的是,这些作者称流体剪切应力的强度是应用于PTC(列车自动控制系统)。

剪切应力的大小,PTC暴露取决于滤液流动的数量过去,滤液的粘度,近端小管的内部结构。近端小管狭窄作为一个远侧地移动,微绒毛的长度和密度的变化,和流体的组成变化的PTC重吸收水,蛋白质,和其他组件。然而,流在近端小管的初始部分可以single-nephron肾小球滤过率的估计30和90 nL /分钟14]。这将表明,PTC体内暴露在大约0.05 - -0.17达因/厘米²剪切应力的15]这远低于5到100达因/厘米²内皮细胞在血管系统(16]。这些低水平的剪切应力是具有挑战性的体外繁殖以统一的方式,尤其是当他们在高吞吐量的应用程序必须实现。

体外研究PTC使用广泛的剪切应力申请不同的持续时间,从而无法实验室之间的比较结果。我们需要的是一个标准统一的方法在体外应用剪切应力的简单,容易实现。两个问题都对剪切应力的研究有限。首先,设备通常是昂贵的,它创造了重要的国会障碍实验(17- - - - - -19]。第二,很少有技术引入剪切彻底定义参数复制到其他实验室(20.]。

本文旨在恢复分类已知文献的剪切应力在肾近端小管细胞悬浮培养模型的效用,引入剪切,肾损害模型。当前的目标是理解不同的剪切诱导细胞培养方法,细胞利用,化验结果。这些见解让我们推荐领域的干预药物引起的肾毒性向前移动领域。我们执行搜索PubMed使用条款肾近端小管细胞悬浮培养,生物反应器,近端小管,肾细胞剪切应力,肾毒性,药物毒性、急性肾小管坏死,肾基因组学。我们确定了25论文用PTC(或PTC细胞系)和指定的剪切应力流的强度和刺激的持续时间。

图1剪切应力的强度和持续时间进行了比较,应用PTC在这些25出版物。标志的形状表示方法利用产生剪切应力,其中大部分是微流体和研究平行板。每个研究引用一个数字,在表中定义1。这张图给出了一个鲜明的领域没有来一个通用模型的研究肾毒性:混杂的细胞类型,应用剪切水平,和持续时间的暴露蔑视简单解释。

流体剪切应力诱发PTC(表结构变化1)。肌动蛋白纤维和细胞骨架重组是经常观察到,特别是在实验中使用流体剪切应力的强度更高。剪切应力的研究,应用高强度是有用,因为高浓度的剪切应力对PTC与肾脏疾病的进展41- - - - - -45]。微绒毛的表达增加流体剪切应力的存在是多个作者(表也注意到了1)。这是至关重要的,因为微绒毛管状流和剪切应力的传感器(23,29日,31日,46,47]。

发展至关重要的一个体外肾毒性测定,流体剪切应力也增加的数量和/或活动转运蛋白,蛋白质和药物(表1)。暴露在流体剪切应力导致PTC表达更多megalin cubilin,近端小管的中心部分吸收转运蛋白,白蛋白,其他许多蛋白质和药物(48- - - - - -50]。的确,白蛋白运输增加当PTC暴露在流体剪切应力(表1)。肾细胞使用各种有机阴离子转运蛋白(燕麦)和有机阳离子转运蛋白(10月)51在药物的吸收和分泌。流体剪切应力也被观察到移植这些PTC包括配偶(SLC47A1) OCT2 (SLC22A2) P-gp种代号为ABCB1的(或凋亡),MAT2K (SLC472K)和MRP2/4 (ABCC2/4)。张成泽等人指出,P-gp流出主要由人类PTC暴露于0.2达因/厘米²剪切应力体外接近观察体内PTC在静态二维文化相比27]。

与一个特定的关注悬浮培养和剪切应力影响肾近端小管细胞,本文可以拓宽的特定段良好的细胞培养实践(GCCP)倡议[52)开始由前欧洲中心的验证方法(备选方案)53]。GCCP程序试图定义标准化协议培养人类所有相关组织/器官来测试新开发药物和化学物质的毒性。

剪切应力水平和持续时间的多样性在研究综述强调了需要系统报告的具体标准以产生一个知识库支持协调协议。我们实验室提出的这十多年前,体现在波恩标准(20.]。虽然有进展的方式生成预测协调协议应该允许在临床前阶段的肾毒性药物开发的54- - - - - -56),每个方法需要这里提出允许有用的总结回顾发展的举措。

剪切暴露的持续时间和细胞对细胞反应(表类型有显著的影响1)。对比研究不仅是一个难题,因为不同的剪切应力,持续时间,和细胞类型,但是各种研究利用不同结果的措施。很少有研究调查了不同剪切水平和演示的变化依赖于剪切水平(21,29日,31日]。很少,如果有的话,数据变化的时间进程,在选择的结果。因此,研究随时间变化的结果是我们的一个未来研究的建议。

只有协调协议定义剪切应力应用于肾近端小管的许多问题关键预测肾毒性可以回答:剪切诱导特定基因表达的模式吗?有剪切应力的大小之间的相互依存和特定基因的表达吗?如何细胞暴露于剪切应力的影响或微流控条件下比较?近端肾小管细胞的表型变化函数可以在文化对体内等价状态单独通过剪切应力?

1。结论

我们提出三种策略将对一个统一的模型来测试药物的肾毒性。

首先,在2010年,我们提出了一种最小数据集允许繁殖悬浮培养的研究报道在其他实验室20.]。会议的提议提出了在波恩,我们称这些波恩标准(20.]。它们包括血管直径、转速、媒体粘度、媒体密度、细胞/瀑样/球体直径和密度。波恩标准实验室之间仍是解释的关键数据,允许精确的实验之间的生殖实验室。

第二,如果继续使用不同的技术和不同实验室试剂包括细胞类型,权衡或烘烤大赛的一些研究将是必不可少的理解差异的方法。

最后,低资本的发展,便宜,使用悬浮培养技术将允许更多的实验室访问技术和场合的机会成本效益研究,包括更多的复制和条件。

寻找一个统一的模型来研究肾毒性严重限制了使用方法和技术的多样性,不能简单比较。实验室使用不同的细胞类型近似肾近端小管细胞,应用不同的剪切应力的方法,并没有系统的文化和足够的报告参数。发病率、死亡率和药物引起的急性肾损伤的成本应该集成细胞生物学方法肾毒性的当务之急。

缩写

gGT:	γ谷酰基转移酶
配偶:	多种药物和毒素挤压蛋白质
MDCK:	MadinDarby犬肾
Pgp:	P糖蛋白运输车
PETP:	肽转运蛋白
PTC(列车自动控制系统):	近端小管细胞
燕麦:	有机阴离子转运蛋白
10月:	有机阳离子转运蛋白。

数据可用性

所有的文章引用在PubMed和其他学术媒体上都是免费的。

信息披露

内容不代表的意见退伍军人事务部或美利坚合众国。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这种材料是工作的结果支持资源和设施的使用在杜伦退伍军人卫生保健系统和杜克大学医学院的。本研究也支持由美国宇航局资助医学研究所(80 nssc19k0706)。

引用

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