Científicos de la Universidad de Texas en Dallas han descubierto un proceso de "limpieza" previamente desconocido en las células renales que expulsa contenido no deseado, lo que da como resultado células que se rejuvenecen y permanecen funcionales y saludables.
El proceso de autorrenovación, que es fundamentalmente diferente de cómo se cree que se regeneran otros tejidos corporales, ayuda a explicar cómo, salvo lesión o enfermedad, los riñones pueden permanecer sanos durante toda la vida. Los investigadores describieron el mecanismo en un estudio publicado el 17 de abril en Nature Nanotechnology. .
A diferencia del hígado y la piel, donde las células se dividen para crear nuevas células hijas y regenerar el órgano, las células de los túbulos proximales del riñón están mitóticamente inactivas:no se dividen para crear nuevas células. En casos de lesión o enfermedad leve, las células renales tienen capacidades de reparación limitadas, y las células madre del riñón pueden formar nuevas células renales, pero sólo hasta cierto punto, dijo el Dr. Jie Zheng, profesor de química y bioquímica en la Escuela de Ciencias Naturales y Matemáticas y coautor correspondiente del estudio.
"En la mayoría de los escenarios, si las células renales resultan gravemente dañadas, morirán y no podrán regenerarse", dijo Zheng, catedrático distinguido de Ciencias Naturales y Matemáticas. "Su riñón simplemente fallará tarde o temprano. Ese es un gran desafío en el manejo de la salud de la enfermedad renal. Todo lo que podemos hacer actualmente es ralentizar la progresión hacia la insuficiencia renal. No podemos reparar fácilmente el órgano si está gravemente dañado o por una enfermedad crónica.
"Es por eso que descubrir este mecanismo de autorrenovación es probablemente uno de los hallazgos más importantes que hemos realizado hasta ahora. Con excelentes instalaciones centrales y personal dedicado, UTD es un excelente lugar para realizar investigaciones de vanguardia".
Investigaciones adicionales pueden conducir a mejoras en la nanomedicina y a la detección temprana de la enfermedad renal, afirmó.
Los investigadores dijeron que su descubrimiento los tomó por sorpresa.
Durante 15 años, Zheng ha estado investigando el uso biomédico de nanopartículas de oro como agentes de obtención de imágenes para lograr una comprensión fundamental de la filtración glomerular, la detección temprana de enfermedades hepáticas y la administración dirigida de medicamentos contra el cáncer. Parte de ese trabajo se ha centrado en comprender cómo los riñones filtran las nanopartículas de oro y las eliminan del cuerpo a través de la orina.
Las investigaciones han demostrado que las nanopartículas de oro generalmente pasan ilesas a través de una estructura en el riñón llamada glomérulo y luego viajan hacia los túbulos proximales, que constituyen más del 50% del riñón. Se ha demostrado que las células epiteliales del túbulo proximal internalizan las nanopartículas, que eventualmente escapan de esas células para ser excretadas en la orina. Pero no está claro cómo escapan de las células.
En diciembre de 2021, Zheng y su equipo de química, el científico investigador y autor principal del estudio, Yingyu Huang Ph.D. '20 y el coautor correspondiente, el Dr. Mengxiao Yu, profesor asociado de investigación, estaban examinando nanopartículas de oro en muestras de tejido tubular proximal utilizando un microscopio óptico, pero cambiaron a uno de los microscopios electrónicos (EM) de la Universidad para obtener una mejor resolución.
"Utilizando el EM, vimos nanopartículas de oro encapsuladas en lisosomas dentro de grandes vesículas en la luz, que es el espacio fuera de las células epiteliales", dijo Yu.
Las vesículas son pequeños sacos llenos de líquido que se encuentran tanto dentro como fuera de las células y que transportan diversas sustancias.
"Pero también observamos la formación de estas vesículas que contienen nanopartículas y orgánulos fuera de las células, y no era algo que habíamos visto antes", dijo Yu.
Los investigadores encontraron células tubulares proximales que habían formado protuberancias orientadas hacia afuera en sus membranas luminales que contenían no solo nanopartículas de oro sino también lisosomas, mitocondrias, retículo endoplásmico y otros orgánulos típicamente confinados al interior de una célula. Luego, el contenido extruido se pellizcó formando una vesícula que flotó hacia el espacio extracelular.
"En ese momento, supimos que se trataba de un fenómeno inusual", dijo Yu. "Este es un nuevo método para que las células eliminen el contenido celular."
El mecanismo de autorrenovación mediado por extrusión es fundamentalmente diferente de otros procesos regenerativos conocidos (como la división celular) y tareas de limpieza doméstica como la exocitosis. En la exocitosis, sustancias extrañas, como nanopartículas, se encapsulan en una vesícula dentro de la célula. Luego, la membrana de la vesícula se fusiona con el interior de la membrana celular, que se abre para liberar el contenido al exterior.
"Lo que descubrimos es totalmente diferente de la comprensión anterior de cómo las células eliminan partículas. No hay fusión de membranas en el proceso de extrusión, lo que elimina el contenido antiguo de las células normales y permite que las células se actualicen con contenidos nuevos", dijo Huang. "Ocurre independientemente de que haya nanopartículas extrañas presentes o no. Es un proceso intrínseco y proactivo que estas células utilizan para sobrevivir más tiempo y funcionar correctamente".
Zheng dijo que sus hallazgos abren nuevas áreas de estudio. Por ejemplo, las células epiteliales, como las de los túbulos proximales, se encuentran en otros tejidos, como las paredes de las arterias y en el intestino y el tracto digestivo.
"En el campo de la nanomedicina, queremos minimizar la acumulación de nanopartículas en el cuerpo tanto como sea posible. No queremos que se atasquen en los riñones, por lo que es muy importante comprender cómo se eliminan las nanopartículas de los túbulos proximales. " Dijo Zheng. "Además, si pudiéramos aprender a regular o controlar este proceso de autorrenovación, podríamos encontrar una manera de mantener los riñones sanos en pacientes con presión arterial alta o diabetes.
"Si pudiéramos desarrollar formas de detectar la firma de este proceso de forma no invasiva, tal vez podría ser un indicador de enfermedad renal temprana".
Más información: Yingyu Huang et al, Los túbulos proximales eliminan las nanopartículas de oro endocitosadas a través de un mecanismo de autorrenovación mediado por extrusión de orgánulos, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01366-7
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Texas en Dallas
