Скачок в исследованиях болезней почек: ученые разработали революционную модель in vitro

В знаменательном исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые Детской больницы Лос-Анджелеса демонстрируют модель почек in vitro, которая может изменить ход исследований таких заболеваний, как ХБП.
Почки содержат специализированные структуры, называемые клубочками. Внутри каждого клубочка есть фильтрующий барьер, состоящий из двух тонких слоев высокоспециализированных клеток и мембраны, которая действует как селективный фильтр. Когда кровь движется через каждый клубочек, токсины и небольшие молекулы могут проходить через них, в то время как белки и другие важные компоненты остаются в кровотоке. «Этот процесс фильтрации нарушается у пациентов с заболеваниями почек», – объясняет Лаура Перин, доктор философии, которая является соавтором исследования вместе со Стефано Да Сакко, доктором философии. «Но поскольку у нас нет хорошей модели in vitro, мы до сих пор не знаем механизмов повреждения клубочков при ХБП."

Доктор. Перин и доктор. Да Сакко проводит исследования в лаборатории GOFARR по регенеративным исследованиям органов и клеточной терапии в урологии вместе с содиректором Роджером Де Филиппо, доктором медицины, в Исследовательском институте Сабана CHLA.

Ведущим автором исследования была научный сотрудник CHLA Астгик Петросян. Вместе команда изучает структуру клубочков, чтобы лучше понять, как и почему нарушается их способность фильтровать кровь.

«Большой проблемой в области исследований почек была попытка воспроизвести клубочки in vitro», – говорит д-р. Да Сакко. «В частности, барьер клубочковой фильтрации очень сложно воссоздать в лаборатории с использованием стандартных методов."По этой причине в большинстве опубликованных исследований использовалась искусственная мембрана между двумя слоями клеток.

Хотя жидкость можно обменивать, клетки не могут общаться через эту мембрану так же, как они это делают биологически. «Это приводит к модели, которая на самом деле не фильтрует должным образом», – объясняет он.
Критический компонент, отсутствующий в текущих экспериментах, – это избирательный фильтр, обеспечивающий надлежащую связь между ячейками. Доктор. Да Сакко и доктор.

Перин намеревался выращивать здоровые клетки почек таким образом, чтобы образовался естественный гломерулярный барьер, как это происходит в организме. Используя специализированные контейнеры с отделениями под названием OrganoplateTM, исследователи сделали именно это.

Результат?

Модельный клубочек, который функционирует почти так же, как в настоящих почках. Они называют эту модель, которая полностью основана на здоровой ткани почек человека, клубочком на чипе.
С одной стороны клеток исследователи добавляют жидкость, а с другой стороны собирают то, что фильтруют «клубочки», что называется фильтратом.

В своем эксперименте ученые добавили сыворотку крови здоровых людей. Без использования фабричного фильтра клубочки in vitro вели себя так же, как и человеческие почки: белки оставались в сыворотке, а более мелкие молекулы переходили в фильтрат. «Барьер, который естественным образом формируется нашими клетками, является избирательным, как и в полностью функционирующей почке», – говорит д-р. Да Сакко. "Замечательно."
Эта модель представляет собой существенный шаг вперед по сравнению с нынешним стандартом исследований почек in vitro. «Наша система ведет себя как биологически, физиологически правильные клубочки», – говорит д-р.

Перин. "Это дает нам возможность понять то, чего мы до сих пор не знаем, – молекулярные механизмы повреждения при ХБП и, что более важно, как предотвратить повреждение."
Хотя раньше это казалось далекой целью, доктор. Да Сакко и доктор.

Перин уже воссоздает и изучает болезненное состояние на своей модели. Когда исследователи добавили сыворотку от пациентов с ХБП, они обнаружили, что клубочки демонстрируют тот же тип повреждения, который наблюдается клинически: белки начали просачиваться через поврежденный фильтр. Уровни белка, измеренные в экспериментальном фильтрате, соответствовали клиническим образцам фильтрата пациента с корреляцией примерно 90%.
Этот прорыв открывает путь к многочисленным клиническим применениям.

В эпоху расцвета персонализированной медицины такой препарат можно использовать для изучения молекулярных механизмов поражения почек у отдельных пациентов. Затем можно отслеживать прогрессирование заболевания с течением времени, используя серийный забор крови.

Модель также может быть использована для скрининга новых лекарств перед клиническими испытаниями на людях.
Доктор.

Перин и доктор. Да Сакко, который также является доцентом в Медицинской школе им.

Кека при Университете Южной Калифорнии, является соавтором публикации. Другие авторы – Паоло Краведи из Медицинской школы Икана на горе Синай, штат Нью-Йорк; Валентина Виллани из CHLA; Андреа Анджелетти из Болонского университета, Италия; Хоакин Манрике из Complejo Hospitalario de Navarra, Памплона, Испания; Алессандра Реньери из Azienda Ospedaliera Universitaria Senese, Сиена, Италия; и Роджер Де Филиппо из CHLA.
Исследование финансировалось Фондом GOFARR и семьей Шенкман, грантами Фонда синдрома Альпорта, премией TSRI Research Career Development Award и пилотной премией Фонда Райта.

Органопластины TM были приобретены у компании MIMETAS, авторы которой хотели бы поблагодарить за неоценимое обучение, техническую поддержку и помощь.

Пластиковые машины