Rim bioartificial implantável visa libertar pacientes da diálise – Physics World

Rim bioartificial implantável visa libertar pacientes da diálise – Physics World

Carimbo de data / hora: 12 de setembro de 2023 5:00

Protótipo de biorreator para tratamento de insuficiência renal
Um novo tratamento para insuficiência renal Um protótipo de biorreator foi testado com sucesso em animais de grande porte. (Cortesia: Projeto Rim)

A doença renal em estágio terminal, quando os rins não conseguem mais sustentar as necessidades do corpo, é melhor tratada através de transplante renal. Contudo, o fornecimento de órgãos de doadores é limitado e muitos pacientes dependem de diálise. E embora um transplante de rim proporcione excelentes resultados, exige que o paciente tome medicamentos imunossupressores durante toda a vida, que causam complicações à sua própria saúde. Para resolver estas questões, os investigadores esperam desenvolver um rim bioartificial implantável para tratar a insuficiência renal.

Pesquisadores da UC San Francisco (UCSF) estão trabalhando para criar tal dispositivo. Em seu último estudo, relatado em Natureza das Comunicações, eles demonstram que as células renais alojadas em um biorreator implantável poderiam sobreviver dentro de um porco e imitar várias funções renais importantes. Crucialmente, o dispositivo implantado não provocou reação imunológica. A pesquisa faz parte O Projeto Rim, chefiado conjuntamente pela UCSF Shuvo Roy e William Fissel do Centro Médico da Universidade Vanderbilt.

Como passo inicial em direção a um rim bioartificial implantável, Roy, Fissel e colegas criaram um biorreator contendo células que replica funções-chave do túbulo renal, que inclui o fornecimento de oxigênio e nutrientes às células renais, protegendo-as das células imunológicas receptoras que poderiam causar rejeição. . Para alcançar essa imunoproteção, a equipe projetou uma membrana fina (menos de 1 μm) de nanoporos de silício (SNM) a partir de pastilhas de silício contendo poros em fenda em nanoescala.

Os pesquisadores construíram um protótipo de biorreator que abriga um SNM com poros de 10 nm de largura, com células epiteliais renais humanas (HRECs) cultivadas em inserções de acrílico em ambos os lados do SNM. Para testar se o SNM fornece uma barreira imunoprotetora in vitro, eles expuseram um lado do SNM à citocina pró-inflamatória TNF-α.

Seis horas após a exposição, os níveis de TNF-α no compartimento protegido pelo SNM eram insignificantes, demonstrando que os poros de 10 nm de largura impedem a passagem de grandes citocinas (e, portanto, também de componentes maiores do sistema imunológico, como células T e anticorpos) . As células do lado diretamente exposto ao TNF-α tiveram menos de 50% de viabilidade, enquanto aquelas seladas pelo SNM mantiveram uma alta viabilidade de quase 90%.

Também é importante que o implante não cause coágulos sanguíneos, que podem se formar nas superfícies em contato com o sangue e levar à falha do dispositivo e a complicações graves para o paciente. Para evitar isso, os pesquisadores empregaram dinâmica de fluidos computacional para otimizar a geometria do caminho do fluxo sanguíneo em forma de U através do biorreator.

Componentes do biorreator
Componentes do biorreator Esquerda: os canais de fluxo sanguíneo estão em contato direto com os SNMs, que são separados da inserção celular por uma junta de silicone. À direita: cada seção compreende um SNM e uma inserção de célula entre duas juntas de silicone; um biorreator completo contém quatro seções. (Cortesia: CC BY 4.0/Nat. Comum. 10.1038/s41467-023-39888-2)

Eles usaram esse projeto para criar um biorreator implantável contendo quatro SNMs em um invólucro de policarbonato, alinhado com as superfícies superior e inferior dos canais sanguíneos. Eles colocaram inserções de acrílico semeadas com HRECs confluentes nos lados opostos de cada SNM e usaram conectores de aço inoxidável para fazer a transição do sangue entre os SNMs e os enxertos vasculares de PTFE.

Para testar a biocompatibilidade destes protótipos de biorreatores, a equipe montou e implantou cirurgicamente dispositivos em cinco porcos saudáveis ​​em terapia antiplaquetária dupla (sem imunossupressão). Os biorreatores conectados à vasculatura dos animais através dos enxertos de PTFE. Não ocorreram complicações relacionadas aos dispositivos ou à cirurgia e os animais permaneceram saudáveis ​​durante os experimentos de três ou sete dias (período em que normalmente ocorreria a rejeição hiperaguda), sem nenhum sinal de rejeição.

Os pesquisadores avaliaram se a implantação de biorreatores contendo células humanas xenogênicas provocava reação imunológica nos suínos. O exame de 13 biomarcadores inflamatórios comuns revelou um aumento em algumas citocinas dois dias após o implante, como esperado devido à inflamação pós-operatória. Mas sete dias após o implante, todos os níveis de citocinas diminuíram para um estado de inflamação mínima. Esta descoberta contrasta com a resposta vigorosa esperada num modelo típico de xenoenxerto com um receptor imunocompetente.

Após três ou sete dias, os pesquisadores retiraram os biorreatores dos animais para avaliação. Eles descobriram que o SNM explantado estava intacto, com ligação mínima de células e proteínas e sem formação de coágulos sanguíneos no dispositivo – um passo importante para demonstrar a sua segurança. Além disso, as células HREC encapsuladas permaneceram mais de 90% viáveis, sem evidência de descolamento celular e manutenção de junções intercelulares estreitas.

“Precisávamos provar que um biorreator funcional não exigiria medicamentos imunossupressores, e o fizemos”, disse Roy em comunicado à imprensa. “Não tivemos complicações e agora podemos iterar, alcançando todo o painel de funções renais em escala humana.”

Carimbo de hora:

Mais de Mundo da física