Rinichii joacă un rol vital în menţinerea homeostaziei în organism prin eliminarea prin urină a substanţelor toxice şi de prisos din fluxul sanguin, inclusiv a deşeurilor generate în timpul proceselor metabolice. Cu toate acestea, toxicitatea poate fi indusă în rinichi şi de anumite medicamente. Recent, o echipă de cercetare de la POSTECH, Coreea de Sud, a proiectat un rinichi artificial care permite detectarea timpurie a reacţiilor adverse la medicamente.
Echipa de cercetare de la POSTECH condusă de profesorii Dong-Woo Cho şi profesorul Jinah Jang de la departamentul de inginerie mecanică a fabricat o unitate glomerurală a rinichiului, un microvascular glomerular, care include celule endoteliale glomerulare, straturi de podocite şi o membrană bazală glomerulară (GBM), folosind un proces de fabricaţie într-o singură etapă.
Nefronul este unitatea structurală şi funcţională fundamentală din rinichi. Acesta cuprinde o reţea de vase de sânge mici numite glomeruli, răsucite într-o formă de fir convolut, care contribuie la formarea corpusculului renal împreună cu capsulele glomerulare.
De asemenea, joacă un rol în eliminarea deşeurilor din sânge. Atunci când se administrează o cantitate excesivă de medicamente, nefronul este adesea primul organ care prezintă toxicitate medicamentoasă în organism.
Având în vedere această provocare, eforturile au fost îndreptate spre dezvoltarea de organe artificiale care pot determina gradul de toxicitate indus de concentraţii şi combinaţii specifice de medicamente înainte de administrarea efectivă a acestora.
Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că glomerulul este responsabil nu numai pentru reglarea celulelor endoteliale, ci şi pentru eliberarea selectivă a proteinelor. Această funcţie necesită interacţiuni ale podocitelor şi ale proteinelor GBM şi este executată la scară microscopică, ceea ce face ca replicarea sa să fie dificilă.
Echipa a reuşit să fabrice cu succes un microvascular glomerular pe un cip care recapitulează aranjamentul complicat al celulelor endoteliale glomerulare, al straturilor de podocite şi al GBM într-o singură etapă.
Acest cip perfuzabil permite co-cultura de endoteliu glomerular monostrat şi epiteliu podocitelor, care demonstrează markerii funcţionali maturi ai celulelor glomerulare.
Mai mult, interacţiunile adecvate dintre aceste celule duc la producerea de proteine GBM, componentele cheie ale GBM in vivo.
În plus, echipa a evaluat capacitatea de permeabilitate selectivă, o funcţie caracteristică a barierei de filtrare glomerulară în acest nou model glomerular, precum şi răspunsul acestui model la leziunile induse de adriamicină şi hiperglicemie.
„Am reuşit să reproducem cu succes unităţi glomerulare ale rinichiului, care oferă un potenţial nelimitat pentru depistarea medicamentelor şi testarea nefrotoxicităţii în practica clinică", a explicat profesorul Dong-Woo Cho, care a condus studiul.
Acesta a adăugat că această dezvoltare le va permite oamenilor de ştiinţă să detecteze din timp toxicitatea medicamentelor, facilitând modelarea bolii glomerulare pentru a oferi un tratament personalizat pacienţilor.
Studiul a fost sprijinit de Fondul coreean pentru medicina regenerativă, finanţat de Ministerul Coreean al Ştiinţei şi TIC şi de Proiectul Alchemist.
Rezultatele cercetării au fost publicate în prestigioasa revistă Biofabrication.
