Биоинженерные крысиные почки, разработанные исследователями Массачусетской больницы общего профиля (MGH), успешно производили мочу как в лабораторных условиях, так и после трансплантации живым животным. В своем отчете, получившем предварительную онлайн-публикацию в Nature Medicine, исследовательская группа описывает создание функциональных замещающих почек на основе структуры донорских органов, из которых были удалены живые клетки, подход, который ранее использовался для создания биоискусственного сердца, легких и печени.
"Уникальность этого подхода заключается в том, что архитектура естественного органа сохраняется, так что полученный трансплантат может быть трансплантирован так же, как донорская почка, и соединен с сосудистой и мочевыделительной системами реципиента," говорит Харальд Отт, доктор медицины, доктор медицинских наук, Центр регенеративной медицины MGH, старший автор статьи Nature Medicine. "Если эту технологию можно распространить на трансплантаты размером с человека, пациенты, страдающие почечной недостаточностью, которые в настоящее время ждут донорской почки или не являются кандидатами на трансплантацию, теоретически могут получить новые органы, полученные из их собственных клеток."
Около 18000 операций по пересадке почек проводится в США.S. каждый год, но 100000 американцев с терминальной стадией болезни почек все еще ждут донорский орган. Даже те, кому посчастливилось получить трансплантат, сталкиваются с целой жизнью иммунодепрессантов, которые представляют множество рисков для здоровья и не могут полностью исключить вероятность возможного отторжения органа.
Подход, использованный в этом исследовании для конструирования донорских органов, основан на технологии, которую Отт открыл в качестве научного сотрудника в Университете Миннесоты, включает удаление живых клеток из донорского органа с помощью раствора детергента, а затем повторное заселение коллагенового каркаса, который остается с соответствующий тип клеток – в данном случае эндотелиальные клетки человека для замены оболочки сосудистой системы и клеток почек новорожденных крыс. Исследовательская группа впервые децеллюляризовала почки крысы, чтобы подтвердить, что сложные структуры органа будут сохранены. Они также показали, что методика работает в более крупном масштабе, удаляя клетки из почек свиньи и человека.
Чтобы убедиться, что соответствующие клетки были засеяны в правильные части коллагенового каркаса, необходимо доставить сосудистые клетки через почечную артерию и клетки почек через мочеточник. Точная регулировка давления растворов позволила распределить клетки по всем органам, которые затем культивировали в биореакторе в течение 12 дней. Исследователи сначала протестировали заселенные органы в устройстве, которое пропускало кровь через свою сосудистую систему и отводило всю мочу, что выявило доказательства ограниченной фильтрации крови, молекулярной активности и выработки мочи.
Биоинженерные почки, трансплантированные живым крысам, у которых была удалена одна почка, начали вырабатывать мочу, как только восстановилось кровоснабжение, без признаков кровотечения или образования сгустков. Общая функция регенерированных органов была значительно снижена по сравнению с функцией нормальных, здоровых почек, что, по мнению исследователей, может быть связано с незрелостью неонатальных клеток, используемых для повторного заселения каркаса.
"Дальнейшее уточнение типов клеток, используемых для посева и дополнительного созревания в культуре, может позволить нам достичь более функционального органа," говорит Отт. "Основываясь на этом изначальном доказательстве принципа, мы надеемся, что когда-нибудь биоинженерные почки смогут полностью заменить функцию почек, как это делают донорские почки. В идеальном мире такие трансплантаты можно было бы производить «по запросу»" из собственных клеток пациента, помогая нам преодолеть нехватку органов и потребность в хронической иммуносупрессии. Сейчас мы изучаем методы получения необходимых типов клеток из клеток, полученных от пациентов, и совершенствуем методы посева клеток и культивирования органов для работы с органами размером с человека."
Команда Отта специализируется на регенерации сердца, легких, почек и трансплантатов из композитных тканей, в то время как другие команды, в том числе из Центра инженерных наук в медицине MGH, используют технику децеллюляризации для разработки замены печени. Ведущий автор статьи «Nature Medicine» – Джереми Сонг, Центр регенеративной медицины MGH; дополнительными соавторами являются Жак Гайетт, доктор философии, Сара Гилпин, доктор философии, Габриэль Гонсалес, доктор философии, и Джозеф Ваканти, доктор медицины, все из Центра регенеративной медицины MGH. Исследование было поддержано наградой DP2 OD008749-01 за новаторство директора Национального института здравоохранения.