Τα νεφρά, τα φυσικά «πλυντήρια» του αίματος, αποτελούν από τα πιο σύνθετα όργανα του ανθρώπινου σώματος. Η προσπάθεια αναπαραγωγής τους στο εργαστήριο υπήρξε για χρόνια μια μεγάλη πρόκληση, καθώς οι δομές που δημιουργούνταν από βλαστοκύτταρα θύμιζαν μόνο αδρά το πρωτότυπο. Τώρα, μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell Stem Cell παρουσιάζει τα πιο ρεαλιστικά εργαστηριακά μοντέλα νεφρών μέχρι σήμερα, ανοίγοντας τον δρόμο για μελλοντικές μεταμοσχεύσεις αλλά και νέες θεραπείες.
Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον Zhongwei Li από το University of Southern California, χρησιμοποίησαν βλαστοκύτταρα για να δημιουργήσουν μικροσκοπικές δομές, γνωστές ως organoids, που φτάνουν μόλις το ένα χιλιοστό σε διάμετρο. Παρά το μέγεθός τους, καταφέρνουν να αναπαράγουν ορισμένα από τα πιο πολύπλοκα στοιχεία της εσωτερικής αρχιτεκτονικής των νεφρών. Μάλιστα, όταν μεταμοσχεύθηκαν σε ποντίκια, τα organoids μπόρεσαν να φιλτράρουν αίμα και να παράγουν ούρα.
Μια ανακάλυψη με υποσχέσεις και όρια
Ο Alex Combes, αναπτυξιακός βιολόγος στο Monash University που δεν συμμετείχε στη μελέτη, σχολίασε πως πρόκειται για την πιο προχωρημένη εκδοχή organoids που έχουμε δει μέχρι σήμερα. Ωστόσο, τόνισε ότι υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος πριν μπορέσουν να καλλιεργηθούν πλήρως λειτουργικοί νεφροί κατάλληλοι για μεταμόσχευση.
Η πολυπλοκότητα των νεφρών ξεπερνάται μόνο από τον εγκέφαλο. Αποτελούνται από ένα πυκνό δίκτυο μικροσκοπικών σωληναρίων που φιλτράρουν το αίμα, συγκρατώντας το νερό και τις ουσίες που χρειάζεται ο οργανισμός. Στα πρώτα πειράματα, οι επιστήμονες είχαν καταφέρει να δημιουργήσουν organoids που σχημάτιζαν νεφρώνες – τις βασικές μονάδες φιλτραρίσματος – και σωληνάρια συλλογής. Ορισμένα μάλιστα παρήγαγαν αραιά ούρα όταν εμφυτεύονταν σε ζώα. Ωστόσο, η ανάπτυξή τους σταματούσε σε πρώιμο στάδιο, περιορίζοντας την αξία τους ως μοντέλα.
Νέα συνταγή για πιο ώριμες δομές
Η ομάδα του Li πειραματίστηκε με διαφορετικά χημικά μείγματα στο μέσο καλλιέργειας των βλαστοκυττάρων. Μία από τις συνταγές οδήγησε στη δημιουργία organoids με πιο σύνθετο δίκτυο σωληναρίων και γονιδιακή δραστηριότητα που έμοιαζε με εκείνη νεογέννητων ποντικών.
Τα organoids αυτά παρήγαγαν ορμόνες παρόμοιες με εκείνες των φυσικών νεφρών. Επιπλέον, όταν μεταμοσχεύθηκαν σε ποντίκια, συνδέθηκαν γρήγορα με το κυκλοφορικό τους σύστημα και άρχισαν να φιλτράρουν αίμα. Ωστόσο, τα ούρα που δημιουργούσαν παρέμεναν πιο αραιά από το φυσιολογικό, καθώς δεν διέθεταν τις δομές που συγκεντρώνουν τα υγρά όπως στους κανονικούς νεφρούς.
Από βλαστοκύτταρα ανθρώπου σε μοντέλα ασθενειών
Οι επιστήμονες κατάφεραν να αναπτύξουν παρόμοια organoids και από ανθρώπινα βλαστοκύτταρα. Αν και οι δομές αυτές ήταν λιγότερο ώριμες από τις αντίστοιχες σε ποντίκια, μπόρεσαν να συνδεθούν με το κυκλοφορικό σύστημα των ζώων και να φιλτράρουν αίμα, χωρίς όμως να παράγουν μετρήσιμα ούρα.
Σε μια επόμενη δοκιμή, η ομάδα δημιούργησε organoids που έφεραν γενετικό ελάττωμα υπεύθυνο για την πολυκυστική νόσο των νεφρών. Όταν μεταμοσχεύθηκαν σε ποντίκια, οι μικροσκοπικές δομές εμφάνισαν κύστες παρόμοιες με εκείνες που παρατηρούνται στους ασθενείς. Αυτό επέτρεψε στους επιστήμονες να μελετήσουν την αλληλεπίδραση των κύστεων με τα ανοσοκύτταρα, μια διαδικασία που δεν μπορεί να παρατηρηθεί σε απλές καλλιέργειες.
Ο Jamie Davies, ανατόμος στο University of Edinburgh, χαρακτήρισε το βήμα αυτό ως «σημαντική πρόοδο στον ρεαλισμό». Η Melissa Little από το Murdoch Children’s Research Institute τόνισε ότι πρόκειται για ακόμη ένα σημαντικό βήμα προς τη δημιουργία πιο περίπλοκων μοντέλων από βλαστοκύτταρα, ενώ ο Joseph Bonventre του Harvard University επεσήμανε πως, σε αντίθεση με τα προηγούμενα, τα νέα organoids παρουσιάζουν σαφή εσωτερική οργάνωση.
Το μέλλον των εργαστηριακών νεφρών
Παρά τις επιτυχίες, οι ειδικοί αναγνωρίζουν πως οι νέες δομές δεν μπορούν ακόμη να συγχέονται με πραγματικούς νεφρούς. Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια είναι η ανάπτυξη αγγείων που θα μεταφέρουν αίμα μέσα και έξω από το όργανο, καθώς και η δημιουργία ουρητήρα που θα οδηγεί τα ούρα στην κύστη. Ο Li και οι συνεργάτες του πιστεύουν ότι μπορούν να ξεπεράσουν αυτά τα εμπόδια μέσα στα επόμενα πέντε χρόνια και να έχουν έτοιμο ένα μοντέλο κατάλληλο για δοκιμές μεταμόσχευσης σε ζώα.
Όπως σημειώνει ο Bonventre, τα εργαστηριακά νεφρά μπορεί να αποτελέσουν «την επόμενη μεγάλη επανάσταση στην υποκατάσταση της νεφρικής λειτουργίας». Και παρότι το ταξίδι προς τους πλήρως λειτουργικούς τεχνητούς νεφρούς συνεχίζεται, η πρόοδος των τελευταίων ετών δείχνει πως ο στόχος δεν είναι πια επιστημονική φαντασία αλλά μια ρεαλιστική προοπτική για το μέλλον της ιατρικής.
[via]
