Todos los días, nuestros riñones abordan la abrumadora tarea de limpiar continuamente nuestra sangre para evitar el desperdicio, la sal y el exceso de líquido se acumulan dentro de nuestro cuerpo. Lograr esto, Aproximadamente un millón de unidades de filtración de los riñones (glomérulos) primero eliminan tanto los productos de desecho como los nutrientes preciosos del torrente sanguíneo, luego, las estructuras especializadas conocidas como túbulos proximales reabsorben las moléculas "buenas" y las devuelven al torrente sanguíneo. Si bien las funciones de reabsorción del túbulo proximal pueden verse comprometidas por los fármacos, productos químicos, o enfermedades genéticas y de transmisión sanguínea, nuestro conocimiento de cómo ocurren estos efectos es aún limitado.

Para permitir el estudio de la reabsorción renal fuera del cuerpo humano, Jennifer Lewis, miembro del cuerpo docente principal del Instituto Wyss, Sc.D., y su equipo que trabaja dentro de la Iniciativa de Ingeniería de Órganos 3-D del Instituto Wyss que ella codirige, y en colaboración con el Roche Innovation Center Basel en Suiza, creó un modelo de túbulo proximal vascularizado en 3D en el que los túbulos y vasos sanguíneos perfundibles de forma independiente se imprimen adyacentes entre sí dentro de una matriz extracelular diseñada. Este trabajo se basa en un modelo de túbulo proximal tridimensional continuamente perfundido informado anteriormente por el equipo que todavía carecía de un compartimento de vasos sanguíneos funcional. Usando su dispositivo de próxima generación, el equipo ha medido el transporte de glucosa desde el túbulo proximal a los vasos sanguíneos, junto con los efectos de la hiperglucemia, una condición asociada con la diabetes en pacientes. Su estudio se publica en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).

Lewis también es profesor Hansjörg Wyss de ingeniería de inspiración biológica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, el profesor de artes y ciencias Jianmin Yu y miembro del Harvard Stem Cell Institute.

"Construimos estos dispositivos renales vivos en unos pocos días y pueden permanecer estables y funcionales durante meses, "dijo el primer autor Neil Lin, Doctor., quien es becario de Roche y becario posdoctoral en el equipo de Lewis. "En tono rimbombante, Estos túbulos proximales vascularizados tridimensionales exhiben las morfologías de células epiteliales y endoteliales y arquitecturas luminales deseadas, así como la expresión y localización correcta de proteínas estructurales y de transporte clave, y factores que permiten que los compartimentos tubular y vascular se comuniquen entre sí ".

Como primer paso para probar medicamentos y modelar enfermedades, el equipo indujo "hiperglucemia", una condición de glucosa alta típica de la diabetes y un factor de riesgo conocido de enfermedad vascular, en su modelo haciendo circular una concentración de glucosa cuatro veces superior a la normal a través del compartimento del túbulo proximal. "Descubrimos que los altos niveles de glucosa transportada a las células endoteliales en el compartimento vascular causaban daño celular, "dijo Kimberly Homan, Doctor., coautor del estudio e investigador asociado en el grupo de Lewis en el Instituto Wyss y SEAS. "Al hacer circular un fármaco a través del túbulo que inhibe específicamente un transportador de glucosa importante en las células epiteliales del túbulo proximal, evitamos que esos cambios dañinos ocurrieran en las células endoteliales de los vasos adyacentes ".

El enfoque inmediato del equipo es ampliar aún más estos modelos para su uso en aplicaciones farmacéuticas. "Nuestro sistema podría permitir el cribado de farmacotecas enfocadas en cuanto a toxicidad renal y, por lo tanto, ayudar a reducir los experimentos con animales, "dijo Annie Moisan, Doctor., un coautor y colaborador de la industria en el estudio, y científico principal del Centro de Innovación de Roche de Basilea. "Estoy encantado por los continuos esfuerzos de nosotros y de otros para aumentar la relevancia fisiológica de tales modelos, por ejemplo, incorporando células enfermas y específicas del paciente, dado que la eficacia y la seguridad personalizadas son los objetivos finales de la predicción de las respuestas clínicas a los medicamentos ".

"Nuestro nuevo modelo de riñón en 3-D es un avance emocionante, ya que recapitula de forma más completa los segmentos de túbulos proximales que se encuentran en el tejido renal nativo, ", dijo Lewis." Más allá de sus aplicaciones inmediatas para la detección de drogas y el modelado de enfermedades, también estamos explorando si estos dispositivos vivos se pueden utilizar para aumentar la diálisis renal ". Actualmente, máquinas de diálisis que salvan vidas filtran sangre, but they are unable to retrieve precious nutrients and other species from the filtrate that the body needs for many of its functions, which can cause specific deficiencies and complications down the line. Lewis and her colleagues believe that 3-D bioprinted vascularized tubules may lead to improved renal replacement therapies.

"This study presents a significant step forward in human kidney engineering that enables human disease and drug-related studies to be carried out over extended periods of time in vitro. It also represents a major step forward for the Wyss Institute's 3-D Organ Engineering Initiative, which aims to generate functional organ replacements with enhanced functionalities for patients in need, " said Wyss Institute Founding Director Donald Ingber, M.D., Doctor., who is also the Judah Folkman Professor of Vascular Biology at HMS and the Vascular Biology Program at Boston Children's Hospital, as well as Professor of Bioengineering at SEAS.