移植可能なバイオ人工腎臓は患者を透析から解放することを目指す – Physics World

腎臓が体のニーズをサポートできなくなった末期腎疾患の治療には、腎臓移植が最適です。 しかし、ドナー臓器の供給には限りがあり、多くの患者は代わりに透析に頼らなければなりません。 また、腎臓移植は優れた結果をもたらしますが、患者は生涯にわたり免疫抑制薬を服用する必要があり、それが自らの健康上の合併症を引き起こします。 これらの問題に対処するために、研究者らは腎不全を治療するための移植可能なバイオ人工腎臓を開発したいと考えている。

カリフォルニア大学サンフランシスコ校 (UCSF) の研究者たちは、そのようなデバイスの開発に取り組んでいます。 彼らの最新の研究では、 ネイチャー·コミュニケーションズ, 彼らは、移植可能なバイオリアクターに収容された腎臓細胞がブタの体内で生存し、いくつかの重要な腎臓機能を模倣できることを実証しました。 重要なのは、埋め込まれたデバイスが免疫反応を引き起こさなかったことです。 この研究は、 腎臓プロジェクト、UCSF が共同で率いる シュボロイ および ウィリアム・フィセル ヴァンダービルト大学医療センターの。

移植可能なバイオ人工腎臓に向けた最初のステップとして、ロイ、フィッセルらは、腎尿細管の重要な機能を再現する細胞含有バイオリアクターを作成した。これには、腎細胞に酸素と栄養素を供給しながら、拒絶反応を引き起こす可能性のあるレシピエントの免疫細胞から腎細胞を保護する機能が含まれる。 。 この免疫防御を達成するために、研究チームは、ナノスケールのスリット細孔を含むシリコンウェーハから薄い（1μm未満）シリコンナノポア膜（SNM）を作製した。

研究者らは、幅 10 nm の細孔を持つ SNM を収容するプロトタイプのバイオリアクターを構築し、SNM の両側のアクリル製インサート上でヒト腎上皮細胞 (HREC) を培養しました。 SNMが免疫防御バリアを提供するかどうかをテストするには ビトロ、彼らはSNMの片側を炎症誘発性サイトカインTNF-αにさらしました。

曝露から 10 時間後、SNM によって保護された区画内の TNF-α レベルは無視できるほどであり、幅 50 nm の細孔が大きなサイトカイン (したがって、T 細胞や抗体などのより大きな免疫系構成要素も) の通過を妨げていることが実証されました。 。 TNF-αに直接曝露された側の細胞の生存率は90%未満でしたが、SNMで密閉された細胞はXNUMX%近くの高い生存率を維持しました。

また、インプラントが血栓を引き起こさないことも重要です。血栓は血液と接触する表面に形成され、デバイスの故障や患者の重篤な合併症につながる可能性があります。 これを回避するために、研究者らは数値流体力学を利用して、バイオリアクターを通る U 字型の血流経路の形状を最適化しました。

彼らはこの設計を使用して、血液チャネルの上面と底面に合わせてポリカーボネート製ハウジング内に XNUMX つの SNM を含む移植可能なバイオリアクターを作成しました。 彼らは、コンフルエントな HREC を播種したアクリル製インサートを各 SNM の反対側に配置し、ステンレス鋼コネクタを使用して SNM と PTFE 人工血管の間で血液を移行させました。

これらのバイオリアクター プロトタイプの生体適合性をテストするために、チームはデバイスを組み立て、二重抗血小板療法 (免疫抑制なし) を受けている XNUMX 頭の健康なブタに外科的に移植しました。 バイオリアクターは、PTFE グラフトを介して動物の血管系に接続されました。 装置や手術に関連した合併症は発生せず、動物は XNUMX 日間または XNUMX 日間の実験中 (通常、超急性拒絶反応が起こる期間)、拒絶反応の兆候もなく健康を保っていました。

研究者らは、異種ヒト細胞を含むバイオリアクターの移植がブタに免疫反応を引き起こすかどうかを評価した。 13 の一般的な炎症性バイオマーカーを検査したところ、術後の炎症による予想どおり、移植 XNUMX 日後に一部のサイトカインが増加していることが明らかになりました。 しかし、移植から XNUMX 日後、すべてのサイトカイン レベルは最小限の炎症状態まで減少しました。 この所見は、免疫正常レシピエントを用いた典型的な異種移植モデルで予想される活発な反応とは対照的です。

OCT は腎臓ドナープールの拡大に役立つ可能性がある

90日またはXNUMX日後、研究者らは評価のために動物からバイオリアクターを取り出した。 彼らは、外植されたSNMが無傷であり、細胞とタンパク質の付着が最小限であり、デバイス内で血栓が形成されていないことを発見しました。これは、その安全性を実証するための重要なステップです。 さらに、カプセル化された HREC 細胞は XNUMX% 以上生存しており、細胞剥離や緊密な細胞間結合の維持の証拠はありませんでした。

「機能するバイオリアクターには免疫抑制剤が必要ないことを証明する必要がありましたが、それができました」とロイ氏はプレス声明で述べている。 「合併症は発生せず、現在は反復処理を繰り返して、人間のスケールで腎機能のパネル全体に到達できるようになりました。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/implantable-bioartificial-kidney-aims-to-free-patients-from-dialysis/