El riñón: compuesto por aproximadamente un millón de unidades diminutas que trabajan para filtrar la sangre, libera constantemente al cuerpo de productos de desecho no deseados para formar orina mientras retiene las células sanguíneas y proteínas valiosas, y controla el contenido de líquidos del cuerpo.Una de estas unidades es una estructura conocida como 'glomérulo', en la cual las llamadas células de podocitos se envuelven firmemente alrededor de un mechón de capilares separados de ellas solo por una membrana delgada compuesta de matriz extracelular, y dejando hendiduras entre ellas para construir una filtración real.barrera. Los podocitos también son el objetivo de muchas enfermedades renales congénitas o adquiridas, y a menudo se ven perjudicados por las drogas.
Para construir un modelo in vitro del glomérulo humano que podría permitir investigar más profundamente su función, así como sus vulnerabilidades a enfermedades y toxicidades de drogas, los investigadores han estado intentando diseñar células madre humanas, lo que en teoría puede dar lugar acualquier tipo de célula madura, de modo que se formen en podocitos funcionales. Sin embargo, estos esfuerzos de cultivo celular hasta ahora no han logrado producir poblaciones de podocitos maduros lo suficientemente puros como para ser útiles para modelar la filtración glomerular.
Un equipo dirigido por Donald Ingber, MD, Ph.D., en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard ahora informa una solución a este desafío en Ingeniería biomédica de la naturaleza , que permite la diferenciación de células madre pluripotentes inducidas por humanos iPS en podocitos maduros con más del 90% de eficiencia. Al vincular el proceso de diferenciación con la tecnología de órgano en chip iniciada por su equipo, los investigadores pasaron a diseñarEl primer modelo in vitro del glomérulo humano, que demuestra la filtración efectiva y selectiva de las proteínas sanguíneas y la toxicidad de los podocitos inducida por un fármaco de quimioterapia in vitro. Ingber es el Director Fundador del Instituto Wyss, el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Facultad de Medicina de Harvard HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como el Profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard.
"El desarrollo de un chip de glomérulo de riñón humano funcional abre un camino experimental completamente nuevo para investigar la biología renal, llevar a cabo modelos altamente personalizados de enfermedades renales y toxicidad de fármacos, y los podocitos renales derivados de células madre que desarrollamos podrían incluso ofrecer unnuevo enfoque de terapia celular inyectable para medicina regenerativa en pacientes con glomerulopatías potencialmente mortales en el futuro ", dijo Ingber.
El equipo de Ingber ha diseñado múltiples órganos en chips que imitan con precisión la fisiología a nivel de tejidos y órganos humanos y que actualmente están siendo evaluados por la Administración de Drogas y Alimentos FDA como una herramienta para estudiar de manera más efectiva los efectos de posibles químicos y sustancias químicas.peligros biológicos encontrados en alimentos, cosméticos o suplementos dietéticos que los sistemas de cultivo existentes o modelos animales. En 2013, su equipo desarrolló un dispositivo de cultivo microfluídico de órgano en un chip que modeló el túbulo proximal del riñón humano, que está conectado anatómicamente al gloméruloy salva iones del líquido urinario. Ahora, con el nuevo diseño del equipo del glomérulo-en-un-chip del riñón humano, los investigadores también pueden obtener acceso in vitro a los mecanismos de filtración del núcleo del riñón que son críticos para la eliminación de fármacos y la farmacocinética, además de estudiarpodocitos humanos en el trabajo.
Para generar poblaciones casi puras de podocitos humanos en cultivo celular, Samira Musah, Ph.D., la primera autora del estudio y becaria postdoctoral del HMS Dean que trabaja con Ingber en el Instituto Wyss, aprovechó piezas del arsenal de biólogos de células madre, y los fusionó con fragmentos tomados de investigaciones anteriores de Ingber sobre cómo las células del cuerpo responden a factores adhesivos y fuerzas físicas en sus entornos de tejidos.
"Nuestro método no solo utiliza factores solubles que guían el desarrollo del riñón en el embrión, sino que, al crecer y diferenciar las células madre en los componentes de la matriz extracelular que también están contenidos en la membrana que separa la sangre glomerular y los sistemas urinarios, imitamos más estrechamente el"El ambiente natural en el que los podocitos son inducidos y maduros", dijo Musah. "Incluso logramos inducir gran parte de este proceso de diferenciación dentro de un canal del chip microfluídico, donde al aplicar movimientos cíclicos que imitan las deformaciones rítmicas que viven los glomérulos debido a los pulsos de presióngenerados por cada latido del corazón, logramos eficiencias de maduración aún mayores "
El sistema microfluídico completo se parece mucho a una sección transversal tridimensional viva de la pared glomerular humana. Consiste en un material polimérico, ópticamente transparente, flexible, del tamaño de un chip de memoria de computadora en el que dos microcanales muy opuestos están separados poruna membrana porosa, recubierta con matriz extracelular que corresponde a la membrana basal glomerular del riñón. En uno de los canales que miran hacia la membrana, los investigadores cultivan células endoteliales glomerulares para imitar el compartimento de los glomérulos de microvasos sanguíneos. Las células iPS se cultivan en el lado opuestode la membrana en el otro canal que representa el compartimento urinario del glomérulo, donde son inducidos a formar una capa de podocitos maduros que extienden largos procesos celulares a través de los poros de la membrana y entran en contacto con las células endoteliales subyacentes. Además, los canales del dispositivose estiran y relajan rítmicamente a un ritmo de un latido cardíaco por segundo aplicando succión cíclica al holcámaras bajas colocadas a ambos lados de los microcanales revestidos de células para imitar las deformaciones fisiológicas de la pared glomerular.
"Este sistema in vitro nos permite recapitular eficazmente la filtración de pequeñas sustancias contenidas en la sangre en el compartimento urinario mientras retiene proteínas grandes en el compartimento sanguíneo al igual que en nuestros cuerpos, y podemos visualizar y controlar el daño infligido por los medicamentos quecausar la ruptura de la barrera de filtración en el riñón ", dijo Musah.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :