На наши почки возложена необычная задача фильтровать около 53 галлонов жидкости в день, процесс, который зависит от подоцитов, которые представляют собой крошечные узкоспециализированные клетки в кластере кровеносных сосудов в почках, где фильтруются отходы, которые очень уязвимы для повреждать.
В ходе исследования в биологической лаборатории MDI в Бар-Харборе, штат Мэн, группа под руководством Иэна Драммонда, доктора философии, директора Центра регенеративной биологии и старения Кэтрин В. Дэвис, определила сигнальные механизмы, лежащие в основе образования подоцитов или морфогенеза. . Открытие открывает двери для разработки методов лечения, стимулирующих регенерацию этих клеток, которые жизненно важны для избавления организма от токсинов.
«Подоциты играют очень важную роль в функции почек», — сказал Герман Халлер, доктор медицинских наук, президент биологической лаборатории MDI и нефролог, возглавляющий отделение нефрологии и гипертонии в Ганноверской медицинской школе в Ганновере, Германия. «Открытие сигнальной системы, лежащей в основе морфогенеза подоцитов, группой, возглавляемой Иэном Драммондом, является большим шагом вперед в лечении заболеваний почек».
Исследование, озаглавленное «Автономная передача сигналов кальция в подоцитах человека и рыбок данио контролирует морфогенез фильтрующего барьера почек», было недавно опубликовано в Журнале Американского общества нефрологов.
Помимо Драммонда, авторами являются Мелисса Литтл, доктор философии, Од Дорисон, доктор философии, Ирен Гобриал и Алехандро Идальго-Гонсалес, доктор философии, все из Королевской детской больницы, Детского исследовательского института Мердока в Мельбурне, Австралия; Хайко Шенк, доктор медицины, и Ян Хегерманн из Ганноверской медицинской школы, Ганновер, Германия; и Линн Стэггс из Ганноверской медицинской школы и биологической лаборатории MDI.
Открытие сигнального механизма, лежащего в основе образования подоцитов, актуально для лечения ряда состояний почек, которые могут повредить барьер клубочковой фильтрации, включая острое повреждение почек, пороки развития, преждевременные врожденные дефекты, рак почек, поликистоз почек и хроническое заболевание почек. (CDK), вызванные диабетом или гипертонией.
Основная угроза общественному здоровью
В последние годы CDK превратился в серьезную угрозу общественному здоровью, особенно среди людей в возрасте 60 лет и старше, из-за диабета, гипертонии и сердечно-сосудистых заболеваний, все из которых могут способствовать повреждению почек, и все они увеличиваются из-за старения население мира. По оценкам, примерно 38 миллионов американцев, или 15 процентов взрослого населения, страдают заболеванием почек.
При отказе почек обычным лечением является диализ, дорогостоящая и трудоемкая процедура, при которой кровь очищается с помощью внешнего фильтрующего устройства. Хотя трансплантация — это еще один вариант, лишь небольшая часть из десятков тысяч пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности, ожидающих трансплантации почки, получает ее, потому что количество доноров органов недостаточно для удовлетворения спроса.
В результате ограниченных возможностей исследования почек в биологической лаборатории MDI были сосредоточены на регенерации почечной ткани, и особенно нефронов, функциональных единиц почек, в том числе клубочков, в которых выполняется работа по фильтрации крови. место. Приблизительно 1 миллион клубочков в организме фильтруют лишнюю жидкость и продукты жизнедеятельности из крови, предотвращая накопление токсичных отходов.
Мембрана клубочка выстлана подоцитами, чьи встречно- гребенчатые выступы, похожие на стопы ( podo в переводе с латинского означает «имеющий стопу»), простираются в клубочковое пространство. Подоциты соединены тонкой сеткообразной сеткой, называемой «щелевой диафрагмой», которая функционирует как окончательный фильтрационный барьер перед попаданием жидкости в клубочковое пространство, из которого она переходит в собирающие канальцы и в конечном итоге выводится с мочой.
«Подоциты сложны, что увеличивает их уязвимость к травмам», — пояснил Драммонд. «Есть много движущихся частей, которые должны собраться вместе, чтобы создать фильтрующий барьер, и дефекты в любой из них могут привести к болезни. Чем больше мы знаем о том, как отдельные части и процессы работают вместе, тем больше целей у нас есть для потенциальных терапевтических вмешательств «.
В исследованиях in vivo на эмбрионах рыбок данио и исследованиях in vitro созревающих органоидов почек человека, которые представляют собой «органы в чашке», полученные из стволовых клеток, Драммонд и его коллеги обнаружили, что кальциевая передача сигналов необходима для формирования отростка подоцита и его подошвы. щелевая диафрагма. Это открытие подтверждает критическую роль передачи сигналов кальция в формировании фильтрационного барьера.
Открытие стало возможным благодаря генетически закодированному зеленому флуоресцентному биосенсору кальция, GCaMP, который может быть нацелен на определенные типы клеток. Поскольку он загорается, когда активна передача сигналов кальция, биосенсор позволяет ученым отображать передачу сигналов кальция в подоцитах прозрачных эмбрионов рыбок данио в реальном времени под флуоресцентным микроскопом, чтобы определить, как они созданы и что идет не так во время болезни.