Implantabilna bioumetna ledvica želi bolnike osvoboditi dialize – Physics World

Implantabilna bioumetna ledvica želi bolnike osvoboditi dialize – Physics World

Časovni žig: 12. september 2023 5

Prototip bioreaktorja za zdravljenje odpovedi ledvic
Novo zdravljenje odpovedi ledvic Prototip bioreaktorja je bil uspešno testiran na velikih živalih. (Z dovoljenjem: The Kidney Project)

Končno ledvično odpoved, ko ledvice ne morejo več podpirati potreb telesa, je najbolje zdraviti s presaditvijo ledvice. Vendar pa je ponudba organov darovalcev omejena in mnogi bolniki se morajo namesto tega zanesti na dializo. In čeprav presaditev ledvic zagotavlja odlične rezultate, mora bolnik vse življenje jemati zdravila za zaviranje imunskega odziva, ki povzročajo njihove lastne zdravstvene zaplete. Za reševanje teh vprašanj raziskovalci upajo, da bodo razvili bioumetno ledvico za vsaditev za zdravljenje odpovedi ledvic.

Raziskovalci na UC San Francisco (UCSF) si prizadevajo ustvariti takšno napravo. V svoji zadnji študiji, o kateri so poročali v Nature Communications, dokazujejo, da bi lahko ledvične celice, nameščene v bioreaktorju za vsaditev, preživele v prašiču in posnemale več pomembnih funkcij ledvic. Ključno je, da implantirana naprava ni izzvala imunske reakcije. Raziskava je del Projekt Ledvica, ki jih skupaj vodi UCSF Šuvo Roj in William Fissell medicinskega centra univerze Vanderbilt.

Kot začetni korak k vsadljivi bioumetni ledvici so Roy, Fissel in sodelavci ustvarili bioreaktor, ki vsebuje celice in posnema ključne funkcije ledvičnega tubula, kar vključuje dovajanje kisika in hranil v ledvične celice, hkrati pa jih ščiti pred imunskimi celicami prejemnika, ki bi lahko povzročile zavrnitev. . Da bi dosegli to imunsko zaščito, je skupina izdelala tanko (manj kot 1 μm) membrano silicijevih nanopor (SNM) iz silicijevih rezin, ki vsebujejo nanometrske pore.

Raziskovalci so zgradili prototip bioreaktorja, ki vsebuje SNM z 10 nm širokimi porami, s človeškimi ledvičnimi epitelnimi celicami (HREC), gojenimi na akrilnih vložkih na obeh straneh SNM. Za testiranje, ali SNM zagotavlja imunoprotektivno pregrado in vitro, so eno stran SNM izpostavili vnetnemu citokinu TNF-α.

Šest ur po izpostavljenosti so bile ravni TNF-α v predelu, zaščitenem s SNM, zanemarljive, kar dokazuje, da 10-nm široke pore preprečujejo prehod velikih citokinov (in s tem tudi večjih komponent imunskega sistema, kot so celice T in protitelesa). . Celice na strani, ki je bila neposredno izpostavljena TNF-α, so imele manj kot 50 % sposobnost preživetja, medtem ko so tiste, zaprte s SNM, ohranile visoko sposobnost preživetja, skoraj 90 %.

Pomembno je tudi, da vsadek ne povzroča krvnih strdkov, ki lahko nastanejo na površinah v stiku s krvjo in povzročijo okvaro naprave ter resne zaplete pri pacientu. Da bi se temu izognili, so raziskovalci uporabili računalniško dinamiko tekočin za optimizacijo geometrije poti krvnega pretoka v obliki črke U skozi bioreaktor.

Komponente bioreaktorja
Komponente bioreaktorja Levo: kanali pretoka krvi so v neposrednem stiku s SNM, ki so od celičnega vložka ločeni s silikonskim tesnilom. Desno: vsak odsek obsega SNM in celični vložek med dvema silikonskima tesniloma; celoten bioreaktor vsebuje štiri dele. (Z dovoljenjem: CC BY 4.0/Nat. Komun. 10.1038/s41467-023-39888-2)

To zasnovo so uporabili za ustvarjanje implantabilnega bioreaktorja, ki vsebuje štiri SNM v polikarbonatnem ohišju, poravnanem z zgornjo in spodnjo površino krvnih kanalov. Na nasprotne strani vsakega SNM so postavili akrilne vložke, zasejane s konfluentnimi HREC, in uporabili konektorje iz nerjavečega jekla za prehod krvi med SNM in PTFE žilnimi presadki.

Za testiranje biokompatibilnosti teh prototipov bioreaktorjev je ekipa sestavila in kirurško vsadila naprave v pet zdravih prašičev na dvojni antiagregacijski terapiji (brez imunosupresije). Bioreaktorji so bili povezani z živalskim ožiljem preko PTFE cepljenk. Ni prišlo do zapletov v zvezi z napravami ali operacijo in živali so ostale zdrave med vsemi tri- ali sedemdnevnimi poskusi (čas, v katerem bi običajno prišlo do hiperakutne zavrnitve), brez znakov zavrnitve.

Raziskovalci so ocenili, ali je implantacija bioreaktorjev, ki vsebujejo ksenogene človeške celice, povzročila imunsko reakcijo pri prašičih. Preučevanje 13 običajnih biomarkerjev vnetja je pokazalo povečanje nekaterih citokinov dva dni po vsaditvi, kot je bilo pričakovano zaradi pooperativnega vnetja. Toda sedem dni po vsaditvi so se vse ravni citokinov zmanjšale na stanje minimalnega vnetja. Ta ugotovitev je v nasprotju z močnim odzivom, pričakovanim pri tipičnem modelu ksenografta z imunokompetentnim prejemnikom.

Po treh ali sedmih dneh so raziskovalci odstranili bioreaktorje iz živali za oceno. Ugotovili so, da je bil eksplantirani SNM nedotaknjen, z minimalno vezavo celic in beljakovin ter da v napravi niso nastali krvni strdki – pomemben korak pri dokazovanju njegove varnosti. Poleg tega so inkapsulirane celice HREC ostale več kot 90-odstotno sposobne preživetja, brez dokazov o ločevanju celic in vzdrževanju tesnih medceličnih stikov.

"Morali smo dokazati, da funkcionalni bioreaktor ne bo potreboval imunosupresivnih zdravil, in to smo tudi storili," pravi Roy v izjavi za javnost. "Nismo imeli nobenih zapletov in zdaj lahko ponovimo in dosežemo celotno skupino ledvičnih funkcij v človeškem merilu."

Časovni žig:

Več od Svet fizike