Cercetătorii dezvoltă organoizi renali avansați pentru studiul bolilor
O echipă condusă de cercetătorul Zhongwei Li, PhD, a realizat modele extrem de complexe și mature de rinichi cultivate în laborator.
Cu sprijinul unui grant pe trei ani din partea California Institute for Regenerative Medicine (CIRM), Li și colegii săi cartografiază caracteristicile, structura și funcția acestor structuri mici, numite organoizi sintetici renali umani (hSKOs), pentru a demonstra cum pot avansa cercetarea asupra bolilor.
Aceste hSKOs, structuri asemănătoare organelor, crescute din celule stem umane, ar putea contribui la eforturile de a construi organe de înlocuire pentru pacienții care necesită transplanturi, oferind în același timp o modalitate puternică de a studia bolile renale. Aceasta include boala cronică de rinichi (CKD), care afectează 1 din 7 adulți din SUA și are un impact disproporționat asupra populațiilor minoritare, precum și boala polichistică renală autosomal-dominantă (ADPKD), o condiție genetică în care chisturi mari interferează cu funcția renală.
Noul model are caracteristici care nu au fost observate în alte organoizi renali, deoarece structurile sunt aranjate într-un model corect și conectate între ele. Această organizare este esențială pentru replicarea funcției organului.
Reproducerea structurii și funcției rinichiului, unul dintre cele mai complexe organe ale corpului, s-a dovedit a fi o provocare. Rinichiul filtrează deșeurile din sânge și produce urină folosind multiple tipuri de celule care trebuie organizate și conectate corect. Organoizii anterior creați puteau recrea unele părți ale sistemului, dar nu puteau să le conecteze.
Aceasta s-a schimbat anul trecut, când Li și colaboratorii săi au raportat crearea hSKOs (cunoscuți și sub numele de asambleoiduri progenitoare renale umane, sau hKPAs) care combină structuri de filtrare a rinichiului și de colectare a urinei, în revista Cell Stem Cell. Aceștia au imitat o parte din structura complexă a rinichiului și au filtrat sânge atunci când au fost transplantate în șoareci. Descoperirile au fost apreciate de alți cercetători, care au sugerat că acești organoizi ar putea fi cele mai autentice modele renale create până acum.
Abordarea lui Li pentru dezvoltarea hSKOs a fost inspirată de modul în care rinichii se formează în embrionul în dezvoltare. Deoarece celulele renale embrionare sunt foarte auto-organizate și se aranjează natural în modelul corect, el a dedus că trebuie doar să aducă împreună celulele potrivite în condiții de creștere adecvate.
Li și colegii săi au lucrat cu meticulozitate în ultimul deceniu pentru a rafina două tipuri de celule progenitoare renale, sau celule timpurii care pot dezvolta tipuri specifice de țesut renal. Au creat organoizi din celule care dezvoltă unitățile de filtrare ale rinichiului și organoizi separați din celule care formează structurile care transportă urina. Cercetătorii au testat, de asemenea, numeroase formule chimice pentru a crea o „baie” bogată în nutrienți care să susțină rețele complexe și organizate de celule.
Aducerea acestor două tipuri de organoizi împreună în condiții de laborator potrivite a produs un sistem asemănător rinichiului, pe care l-au transplantat în șoareci vii pentru a se maturiza. hSKOs au prezentat modele de activitate genică, producție hormonală și alte funcții biologice cu unele similarități cu cele observate în rinichii de șoareci și umani.
Peste următorii trei ani, echipa va studia modul în care hSKOs se maturizează în timp și va testa cât de bine îndeplinesc funcțiile cheie ale rinichiului.
De asemenea, vor utiliza hSKOs pentru a modela PKD, care este dificil de studiat deoarece cercetătorii pot accesa de obicei doar mostre de țesuturi din etapele finale ale bolii.
„Este important să intervenim în stadiile incipiente ale unei boli, dar nu am avut instrumente care să ne permită să studiem această perioadă a PKD. Organoizii noștri ar putea schimba asta”, a spus Li.
Folosind instrumente avansate de analiză genetică și moleculară, echipa va observa cum se formează primele chisturi și va explora strategii potențiale de tratament pentru PKD.
În plus, echipa va genera hSKOs din opt linii de celule stem care reprezintă populații masculine și feminine caucaziene, afro-americane, hispanice și asiatice. Acest lucru va oferi oportunități de a studia boala renală în diverse populații.
Pe lângă cercetarea asupra bolilor renale, organoizii funcționali pot oferi o modalitate puternică de a eficientiza studiile clinice în întreaga industrie farmaceutică, prezicând care medicamente vor fi toxice pentru oameni. În prezent, aproximativ 1 din 10 medicamente experimentale eșuează în studiile clinice din cauza toxicității renale, ceea ce duce la pierderi de timp, bani și efort.
„Dacă aceste modele pot prezice cu acuratețe toxicitatea renală înainte ca un medicament să intre în studiile clinice, ar putea face o contribuție majoră la dezvoltarea medicamentelor”, a spus Li.
Pe termen lung, organoizii ar putea constitui în viitor baza pentru un rinichi de înlocuire cultivat în laborator, utilizabil pentru transplant.
