Reni

Identificato il processo critico per la funzione renale

Un team guidato da Iain Drummond, Ph.D., direttore del Kathryn W. Davis Center for Regenerative Biology and Aging presso il MDI Biological Laboratory di Bar Harbor, nel Maine, ha identificato i meccanismi di segnalazione alla base della formazione dei podociti, che sono minuscoli , cellule altamente specializzate nel glomerulo, il gruppo di vasi sanguigni nel rene in cui vengono filtrati i rifiuti. La scoperta apre la porta allo sviluppo di terapie per sostituire o rigenerare queste cellule, fondamentali per liberare il corpo dalle tossine.
CREDITO Laboratorio biologico MDI

La scoperta di Iain Drummond, Ph.D., potrebbe aprire la strada a nuove terapie per il trattamento delle malattie renali

BAR HARBOR, MAINE – I nostri reni hanno il compito straordinario di filtrare circa 53 litri di liquido al giorno, un processo che dipende dai podociti , minuscole cellule altamente specializzate nel grappolo di vasi sanguigni nel rene dove vengono filtrati i rifiuti che vengono altamente vulnerabile ai danni.

Pubblicità e progresso

Nella ricerca presso il laboratorio biologico MDI di Bar Harbor, nel Maine, un team guidato da Iain Drummond, Ph.D. , direttore del Kathryn W. Davis Center for Regenerative Biology and Aging, ha identificato i meccanismi di segnalazione alla base della formazione dei podociti, o morfogenesi. La scoperta apre le porte allo sviluppo di terapie per stimolare la rigenerazione di queste cellule, fondamentali per liberare il corpo dalle tossine.

“I podociti svolgono un ruolo molto importante nella funzione renale”, ha affermato Hermann Haller, MD , presidente del MDI Biological Laboratory e nefrologo che guida il dipartimento di nefrologia e ipertensione presso la Hannover Medical School di Hannover, in Germania. “La scoperta del segnale sottostante la morfogenesi dei podociti da parte di un team guidato da Iain Drummond è un importante passo avanti nel trattamento della malattia renale”.

Lo studio , intitolato “Autonomous Calcium Signaling in Human and Zebrafish Podocytes Controls Kidney Filtration Barrier Morphogenesis”, è stato recentemente pubblicato sul Journal of the American Society of Nephrology.

Oltre a Drummond, gli autori includono Melissa Little, Ph.D. , Aude Dorison, Ph.D., Irene Ghobrial e Alejandro Hidalgo-Gonzalez, Ph.D., tutti del Royal Children’s Hospital, Murdoch Children’s Research Institute di Melbourne, Australia; Heiko Schenk, MD, e Jan Hegermann della Hannover Medical School , Hannover, Germania; e Lynne Staggs della Hannover Medical School e del MDI Biological Laboratory.

La scoperta del meccanismo di segnalazione alla base della formazione dei podociti è rilevante per il trattamento di una serie di condizioni renali che possono danneggiare la barriera di filtrazione glomerulare, tra cui danno renale acuto, difetti dello sviluppo, difetti alla nascita prematuri, cancro del rene, malattia del rene policistico e malattia renale cronica (CDK) causato da diabete o ipertensione.

Una grave minaccia per la salute pubblica

Negli ultimi anni, la CDK è emersa come una delle principali minacce per la salute pubblica, soprattutto tra gli ultrasessantenni, a causa di diabete, ipertensione e malattie cardiovascolari, che possono contribuire al danno renale e tutte sono in aumento a causa dell’invecchiamento della la popolazione mondiale. Si stima che circa 38 milioni di americani, o il 15% della popolazione adulta, abbiano una malattia renale.

Quando i reni falliscono, il trattamento usuale è la dialisi, una procedura costosa e che richiede tempo in cui il sangue viene purificato da un dispositivo di filtraggio esterno. Sebbene il trapianto sia un’altra opzione, solo una frazione delle decine di migliaia di pazienti con malattia renale allo stadio terminale in attesa di un trapianto di rene ne riceve uno perché il numero di donatori di organi è insufficiente per soddisfare la domanda.

A causa delle limitate opzioni, la ricerca sui reni presso il Laboratorio Biologico MDI si è concentrata sulla rigenerazione del tessuto renale, e in particolare dei nefroni, le unità funzionali del rene, tra cui il glomerulo, in cui opera il filtraggio del sangue posto. I circa 1 milione di glomeruli nel corpo filtrano il fluido in eccesso e i prodotti di scarto dal sangue, prevenendo l’accumulo di rifiuti tossici.

La membrana del glomerulo è rivestita di podociti, le cui proiezioni interdigitate simili a piedi ( podo è latino per “avere un piede”) si estendono nello spazio glomerulare. I podociti sono collegati da una sottile rete a maglie chiamata “diaframma a fessura” che funge da barriera di filtrazione finale prima che il fluido entri nello spazio glomerulare, dal quale passa nei tubuli di raccolta e alla fine viene escreto come urina.

“I podociti sono complessi, il che aumenta la loro vulnerabilità alle lesioni”, ha spiegato Drummond. “Ci sono molte parti in movimento che devono unirsi perfettamente per creare la barriera di filtrazione, e i difetti in ognuna di queste possono portare a malattie. Più sappiamo su come le singole parti e processi lavorano insieme, più bersagli abbiamo per potenziali interventi terapeutici “.

In studi in vivo su embrioni di pesce zebra e studi in vitro su organoidi renali umani in maturazione , che sono “organi in un piatto” derivati ??da cellule staminali, Drummond e colleghi hanno scoperto che la segnalazione del calcio è necessaria per la formazione del processo del piede podocitario e diaframma a fessura. La scoperta supporta il ruolo critico della segnalazione del calcio nella formazione della barriera di filtrazione.

La scoperta è stata resa possibile da un biosensore di calcio fluorescente verde codificato geneticamente, GCaMP , che può essere mirato a specifici tipi di cellule. Poiché si accende quando la segnalazione del calcio è attiva, il biosensore consente agli scienziati di visualizzare la segnalazione del calcio nei podociti di embrioni di pesce zebra trasparente in tempo reale sotto un microscopio a fluorescenza per determinare come sono fatti e cosa va storto durante la malattia.

Il pesce zebra come modello per la malattia umana

Un risultato importante della ricerca di Drummond è l’istituzione del pesce zebra come modello per lo sviluppo e la malattia glomerulare umana. L’equivalenza funzionale dei podociti nel pesce zebra e negli organoidi umani suggerisce che il loro ruolo è stato conservato attraverso l’evoluzione, convalidando così la rilevanza del pesce zebra come modello di vertebrato e come piattaforma di screening per nuove terapie.

La ricerca identifica anche nuove vie per promuovere la rigenerazione renale negli esseri umani. A differenza degli umani, il pesce zebra rigenera i glomeruli per tutta la vita adulta. Sebbene non sia noto se i meccanismi di segnalazione impiegati durante lo sviluppo vengano ricapitolati durante la rigenerazione, Drummond ritiene che ciò sia probabile, nel qual caso una comprensione più profonda potrebbe portare a terapie per innescare la rigenerazione negli esseri umani.

“Volevamo andare oltre il guardare la forma, le dimensioni e il movimento delle cellule durante il processo di formazione del filtro ai segnali che stanno passando per generare questa complessa architettura del filtro”, ha detto Drummond. “Una volta compresi questi segnali, possiamo accelerare la formazione dei tessuti promuovendo una comunicazione rigenerativa produttiva attraverso i nostri messaggi sotto forma di molecole di segnalazione”.

Negli ultimi anni, il laboratorio biologico MDI è diventato un hub per la ricerca sulla rigenerazione renale grazie alla sua partecipazione a un consorzio finanziato dal National Institutes of Health (NIH), (Re) Building a Kidney (RBK) , il cui scopo è sviluppare un rene artificiale biologico. La scoperta del meccanismo di segnalazione alla base della formazione dei podociti giocherà un ruolo fondamentale nella generazione di tessuto renale sostitutivo.

Nel fare la sua scoperta, Drummond sta costruendo sulla distinta reputazione storica del MDI Biological Laboratory nella fisiologia renale. Molto di quello che è conosciuto oggi sulla funzione renale umano è stato scoperto alla MDI Biological Laboratory nel 20 ° secolo attraverso studi biologici comparativi.

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