Ginjal biobuatan yang ditanamkan bertujuan untuk membebaskan pasien dari dialisis – Dunia Fisika

Ginjal biobuatan yang ditanamkan bertujuan untuk membebaskan pasien dari dialisis – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 12 September 2023 5

Prototipe bioreaktor untuk mengobati gagal ginjal
Pengobatan baru untuk gagal ginjal Sebuah prototipe bioreaktor berhasil diuji pada hewan besar. (Sumber: Proyek Ginjal)

Penyakit ginjal stadium akhir, ketika ginjal tidak lagi mampu memenuhi kebutuhan tubuh, paling baik diobati melalui transplantasi ginjal. Namun, pasokan organ donor terbatas, dan banyak pasien harus bergantung pada dialisis. Meskipun transplantasi ginjal memberikan hasil yang luar biasa, pasien memerlukan obat penekan kekebalan seumur hidup, yang menyebabkan komplikasi kesehatannya sendiri. Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti berharap dapat mengembangkan ginjal biobuatan yang dapat ditanamkan untuk mengobati gagal ginjal.

Para peneliti di UC San Francisco (UCSF) sedang berupaya menciptakan perangkat semacam itu. Dalam studi terbaru mereka, dilaporkan di Alam Komunikasi, mereka menunjukkan bahwa sel-sel ginjal yang ditempatkan dalam bioreaktor implan dapat bertahan hidup di dalam babi dan meniru beberapa fungsi ginjal yang penting. Yang terpenting, perangkat yang ditanamkan tidak memicu reaksi kekebalan. Penelitian ini merupakan bagian dari Proyek Ginjal, dipimpin bersama oleh UCSF Shuvo Roy dan William Fissell dari Pusat Medis Universitas Vanderbilt.

Sebagai langkah awal menuju ginjal bioartifisial yang dapat ditanamkan, Roy, Fissel dan rekannya menciptakan bioreaktor berisi sel yang mereplikasi fungsi utama tubulus ginjal, termasuk mengantarkan oksigen dan nutrisi ke sel ginjal sekaligus melindunginya dari sel kekebalan penerima yang dapat menyebabkan penolakan. . Untuk mencapai imunoproteksi ini, tim merekayasa membran nanopori silikon (SNM) tipis (kurang dari 1 μm) dari wafer silikon yang mengandung pori-pori celah skala nano.

Para peneliti membangun prototipe bioreaktor yang menampung SNM dengan pori-pori selebar 10 nm, dengan sel epitel ginjal manusia (HRECs) yang dikultur pada sisipan akrilik di kedua sisi SNM. Untuk menguji apakah SNM memberikan penghalang imunoprotektif in vitro, mereka mengekspos satu sisi SNM ke sitokin proinflamasi TNF-α.

Enam jam setelah paparan, kadar TNF-α dalam kompartemen yang dilindungi oleh SNM dapat diabaikan, menunjukkan bahwa pori-pori selebar 10 nm mencegah lewatnya sitokin besar (dan juga komponen sistem kekebalan yang lebih besar seperti sel T dan antibodi). . Sel-sel di sisi yang terkena TNF-α secara langsung memiliki viabilitas kurang dari 50%, sedangkan sel-sel yang disegel oleh SNM mempertahankan viabilitas tinggi hampir 90%.

Penting juga agar implan tidak menyebabkan penggumpalan darah, yang dapat terbentuk pada permukaan yang bersentuhan dengan darah dan menyebabkan kegagalan perangkat serta komplikasi serius bagi pasien. Untuk menghindari hal ini, para peneliti menggunakan dinamika fluida komputasi untuk mengoptimalkan geometri jalur aliran darah berbentuk U melalui bioreaktor.

Komponen bioreaktor
Komponen bioreaktor Kiri: saluran aliran darah bersentuhan langsung dengan SNM, yang dipisahkan dari sisipan sel dengan paking silikon. Kanan: setiap bagian terdiri dari SNM dan sisipan sel di antara dua gasket silikon; bioreaktor lengkap berisi empat bagian. (Sumber: CC BY 4.0/Nat. Komunal. 10.1038/s41467-023-39888-2)

Mereka menggunakan desain ini untuk membuat bioreaktor implan yang berisi empat SNM dalam wadah polikarbonat, sejajar dengan permukaan atas dan bawah saluran darah. Mereka menempatkan sisipan akrilik yang diunggulkan dengan HREC konfluen di sisi berlawanan dari setiap SNM, dan menggunakan konektor baja tahan karat untuk mentransisikan darah antara cangkok vaskular SNM dan PTFE.

Untuk menguji biokompatibilitas prototipe bioreaktor ini, tim merakit dan menanamkan perangkat melalui pembedahan ke lima babi sehat dengan terapi antiplatelet ganda (tanpa imunosupresi). Bioreaktor terhubung ke pembuluh darah hewan melalui cangkok PTFE. Tidak ada komplikasi terkait perangkat atau pembedahan yang terjadi dan hewan tetap sehat selama tiga atau tujuh hari percobaan (waktu di mana penolakan hiperakut biasanya terjadi), tanpa ada tanda-tanda penolakan.

Para peneliti mengevaluasi apakah penanaman bioreaktor yang mengandung sel manusia xenogenik memicu reaksi kekebalan pada babi. Pemeriksaan terhadap 13 biomarker peradangan yang umum menunjukkan adanya peningkatan beberapa sitokin dua hari setelah pemasangan implan, seperti yang diduga akibat peradangan pasca operasi. Namun tujuh hari setelah pemasangan implan, seluruh kadar sitokin telah menurun hingga mencapai tingkat peradangan minimal. Temuan ini berbeda dengan respons kuat yang diharapkan pada model xenograft pada penerima yang imunokompeten.

Setelah tiga atau tujuh hari, para peneliti mengeluarkan bioreaktor dari hewan untuk dievaluasi. Mereka menemukan bahwa SNM yang dieksplorasi masih utuh, dengan perlekatan sel dan protein minimal dan tidak ada gumpalan darah yang terbentuk di perangkat – sebuah langkah penting dalam menunjukkan keamanannya. Selain itu, sel-sel HREC yang dienkapsulasi tetap hidup lebih dari 90%, tanpa bukti pelepasan sel dan pemeliharaan sambungan antar sel yang ketat.

“Kami perlu membuktikan bahwa bioreaktor yang berfungsi tidak memerlukan obat imunosupresan, dan kami melakukannya,” kata Roy dalam pernyataan pers. “Kami tidak mengalami komplikasi dan sekarang dapat melakukan iterasi, menjangkau seluruh panel fungsi ginjal pada skala manusia.”

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika