Μια μελέτη με επικεφαλής το Ινστιτούτο Βιομηχανικής της Καταλονίας (IBEC) περιγράφει μια νέα προσέγγιση για την παραγωγή μίνι νεφρών στο εργαστήριο που μιμούνται ένα πολύπλοκο αγγειακό σύστημα, παρόμοιο σε ορισμένα χαρακτηριστικά με εκείνα των ανθρώπινων νεφρών. Αυτά δημιουργούνται συνδυάζοντας τρισδιάστατα νεφρικά οργανοειδή με ενδοθηλιακά οργανοειδή.
Τα οργανοειδή είναι τρισδιάστατες δομές που αναπτύσσονται in vitro που μιμούνται τη λειτουργία των οργάνων και αποτελούν ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για τη μοντελοποίηση ασθενειών και τον έλεγχο φαρμάκων. Ωστόσο, αυτά τα μικρά όργανα συχνά στερούνται νευρικού, ανοσοποιητικού ή αγγειακού συστήματος λόγω της πολυπλοκότητάς τους.
Η αναπαραγωγή του πολύπλοκου αγγειακού συστήματος του νεφρού, ενός ιστού με υψηλή διάχυση, στο εργαστήριο ήταν μια πρόκληση για τους επιστήμονες για περισσότερο από μια δεκαετία. Τώρα, μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials, περιγράφει μια προσέγγιση που δεν έχει δοκιμαστεί ποτέ πριν:
“Συγκεντρώσαμε οργανοειδή νεφρού με αγγειακά οργανοειδή. Για να πραγματοποιηθεί επιτυχώς αυτή η διαδικασία, είναι σημαντικό να προσδιορίσουμε την ιδανική στιγμή για να ενταχθούν, λαμβάνοντας υπόψη το αναπτυξιακό στάδιο κάθε οργανοειδούς”, εξηγεί η Núria Montserrat Pulido, Καθηγήτρια έρευνας ICREA, Κύριος ερευνητής. στο IBEC και επικεφαλής της μελέτης. “Όταν αυτοί οι δύο τύποι οργανοειδών είναι μαζί, ξεκινούν μια διαδικασία αλληλεπίδρασης σε μόλις τρεις ώρες. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι πραγματικά θεαματικό”, λέει.
Αυτά τα ευρήματα όχι μόνο παρέχουν πολύτιμες γνώσεις για την ανάπτυξη των νεφρικών οργανοειδών, αλλά θέτουν επίσης τις βάσεις για την ανάπτυξη νέων μεθόδων για την αγγείωση αυτών των οργανοειδών. Αυτό θα μπορούσε να έχει εφαρμογές στη μεταμόσχευση οργανοειδών σε κλινικές συνθήκες και στη μελέτη της αγγειακής δυσλειτουργίας σε ανθρώπινες ασθένειες.
“Πρέπει να έχουμε αυτό το αγγειακό σύστημα στα οργανοειδή μας εάν θέλουμε να μοντελοποιήσουμε συστηματικές παθολογίες που επηρεάζουν το νεφρό μέσω της κυκλοφορίας του αίματος, όπως μια αυτοάνοση νόσο ή ο διαβήτης, για παράδειγμα. Πιστεύουμε επίσης ότι η προσέγγιση που χρησιμοποιήσαμε σε αυτή τη μελέτη θα μπορούσε να να εφαρμοστεί και σε άλλα οργανοειδή μοντέλα», λέει η Elena Garreta Bahima, ερευνήτρια στην ομάδα Montserrat στο IBEC και πρώτη συγγραφέας της μελέτης.
Το επόμενο βήμα, λέει ο Montserrat, θα είναι η εισαγωγή αυτών των αγγειοποιημένων οργανοειδών σε ένα μικρορευστοποιημένο τσιπ για να μπορέσει να πραγματοποιήσει ακόμη πιο εξειδικευμένες μελέτες προκειμένου να μιμηθεί καταστάσεις που εμφανίζονται σε περίπλοκες ασθένειες καθώς και να επιτρέψει την αγγειακή σύνδεση με άλλα οργανοειδή, όπως ως καρδιακά οργανοειδή, εργασία που αυτή τη στιγμή εκτελείται στο εργαστήριο στο IBEC.
Εκτύπωση με κύτταρα
Σε προηγούμενες μελέτες, η ομάδα είχε δει ότι τα νεφρικά οργανοειδή που δημιούργησαν περιείχαν ένα αγγειακό συστατικό: τα ενδοθηλιακά κύτταρα, τα κύτταρα που τελικά σχηματίζουν τα αιμοφόρα αγγεία. Χρησιμοποιώντας ιστό χοίρου ή ανθρώπινου νεφρού, δημιούργησαν μια βιοσυμβατή υδρογέλη που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως μελάνι εκτύπωσης 3D.
Σε αυτή τη βάση, αποφάσισαν να απλοποιήσουν το σύστημα για να το κάνουν πιο προσιτό και οικονομικό. Μεταξύ όλων των πρωτεϊνών που συνθέτουν την υδρογέλη, επέλεξαν το κολλαγόνο Ι, μια από τις πιο άφθονες πρωτεΐνες στην εξωκυτταρική μήτρα του νεφρικού ιστού, και δημιούργησαν ένα βιοσυμβατό πήκτωμα με το οποίο θα επικυρώσουν τα πειραματικά τους αποτελέσματα.
Αυτή η εργασία αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό ορόσημο στον τομέα των αναδυόμενων και προηγμένων θεραπειών, έναν από τους βασικούς ερευνητικούς τομείς του IBEC. Αυτές οι θεραπείες είναι καινοτόμες ιατρικές θεραπείες που χρησιμοποιούν τεχνολογίες αιχμής για την αντιμετώπιση πολύπλοκων ασθενειών και καταστάσεων.
Η μελέτη συγκέντρωσε επίσης ερευνητές από άλλα κέντρα που αποτελούν μέρος της Εθνικής Πλατφόρμας Βιομοντέλων και Βιοτραπεζών του Ινστιτούτου Υγείας Carlos III (PISCIII-BB), υπογραμμίζοντας τη σημασία της συνεργασίας δικτύου στον καθορισμό βιοϊατρικών λύσεων που βασίζονται στη βιομηχανική.
Αυτή η πλατφόρμα, που συντονίζεται από τη Núria Montserrat, Αναπληρώτρια Διευθύντρια Κλινικών Μεταφραστικών Πρωτοβουλιών στο IBEC, παρέχει υψηλού επιπέδου επιστημονικές και τεχνολογικές υπηρεσίες ενσωματώνοντας και συντονίζοντας τις δραστηριότητες όλων των μονάδων της ως απάντηση στις ανάγκες του Εθνικού Συστήματος Υγείας, εκτός από τη διαχείριση περισσότερα από 500.000 βιολογικά δείγματα και σχετικά κλινικά δεδομένα.