Naučnici sa Univerziteta Teksas u Dalasu otkrili su ranije nepoznati proces „kućanja“ u ćelijama bubrega koji izbacuje neželjeni sadržaj, što rezultira ćelijama koje se podmlađuju i ostaju funkcionisane i zdrave.
Proces samoobnavljanja, koji se suštinski razlikuje od načina na koji se smatra da se druga telesna tkiva regenerišu, pomaže da se objasni kako, osim povreda ili bolesti, bubrezi mogu ostati zdravi doživotno. Istraživači su opisali mehanizam u studiji objavljenoj 17. aprila u časopisu Nature Nanotechnology.
Za razliku od jetre i kože, gde se ćelije dele da bi stvorile nove ćerke ćelije i regenerisale organ, ćelije u proksimalnim tubulima bubrega su mitotički mirne – ne dele se da bi stvorile nove ćelije. U slučajevima blage povrede ili bolesti, ćelije bubrega imaju ograničene mogućnosti popravke, a matične ćelije u bubregu mogu da formiraju nove ćelije bubrega, ali samo do određene tačke, rekao je dr Jie Zheng, profesor hemije i biohemije u Školi za Prirodno-matematički i ko-korespondent autor studije.
„U većini scenarija, ako su ćelije bubrega ozbiljno povređene, one će umreti i ne mogu da se regenerišu“, rekao je Dženg, ugledni predsednik prirodnih nauka i matematike. „Vaš bubreg će jednostavno otkazati pre ili kasnije. To je veliki izazov u upravljanju zdravstvenim stanjem za bubrežnu bolest. Sve što trenutno možemo da uradimo je da usporimo napredovanje do otkazivanja bubrega. Ne možemo lako da popravimo organ ako je teško povređen ili zbog hronične bolesti.“
„Zato je otkrivanje ovog mehanizma samoobnavljanja verovatno jedno od najznačajnijih otkrića koje smo do sada napravili. Sa odličnim osnovnim objektima i posvećenim osobljem, UTD je odlično mesto za takva vrhunska istraživanja.“
Dalja istraživanja mogu dovesti do poboljšanja u nanomedicini i ranog otkrivanja bolesti bubrega, rekao je on.
Istraživači su rekli da ih je njihovo otkriće iznenadilo.
Ženg već 15 godina istražuje biomedicinsku upotrebu zlatnih nanočestica kao agenasa za snimanje, za fundamentalno razumevanje glomerularne filtracije, za rano otkrivanje bolesti jetre i za ciljanu isporuku lekova protiv raka. Deo tog rada se fokusirao na razumevanje kako se nanočestice zlata filtriraju u bubrezima i uklanjaju iz tela kroz urin.
Istraživanja su pokazala da nanočestice zlata uglavnom prolaze neoštećene kroz strukturu u bubregu zvanu glomerul, a zatim putuju u proksimalne tubule, koji čine preko 50% bubrega. Pokazalo se da proksimalne tubularne epitelne ćelije internalizuju nanočestice, koje na kraju pobegnu od tih ćelija da bi se izlučile urinom. Ali kako oni pobegnu iz ćelija nije jasno.
U decembru 2021. godine, Dženg i njegov tim za hemiju — naučnik i vodeći autor studije dr Jingju Huang. ’20 i ko-korespondentni autor dr. Mengkiao Iu, naučni saradnik-profesor — ispitivali su nanočestice zlata u uzorcima proksimalnog tubularnog tkiva pomoću optičkog mikroskopa, ali su prešli na jedan od univerzitetskih elektronskih mikroskopa (EM) radi bolje rezolucije.
„Koristeći EM, videli smo nanočestice zlata inkapsulirane u lizozomima unutar velikih vezikula u lumenu, što je prostor izvan epitelnih ćelija“, rekao je Ju.
Vezikule su male vrećice ispunjene tečnošću koje se nalaze unutar i izvan ćelija koje transportuju različite supstance.
„Ali takođe smo primetili formiranje ovih vezikula koje sadrže i nanočestice i organele van ćelija, i to nije bilo nešto što smo ranije videli“, rekao je Ju.
Istraživači su pronašli proksimalne tubularne ćelije koje su formirale izbočine okrenute prema spolja u svojim luminalnim membranama koje su sadržale ne samo nanočestice zlata već i lizozome, mitohondrije, endoplazmatski retikulum i druge organele koji su tipično ograničeni na unutrašnjost ćelije. Ekstrudirani sadržaj je zatim otkinut u vezikulu koja je otplivala u ekstracelularni prostor.
„U tom trenutku smo znali da je ovo neobičan fenomen“, rekao je Ju. „Ovo je novi metod za ćelije da uklone ćelijski sadržaj.“
Mehanizam samoobnavljanja posredovan ekstruzijom se suštinski razlikuje od drugih poznatih regenerativnih procesa — kao što je deljenje ćelija — i zadataka čišćenja kuće kao što je egzocitoza. U egzocitozi, strane supstance kao što su nanočestice su inkapsulirane u vezikuli unutar ćelije. Zatim se membrana vezikula spaja sa unutrašnjošću ćelijske membrane, koja se otvara i oslobađa sadržaj napolje.
„Ono što smo otkrili je potpuno drugačije od prethodnog razumevanja kako ćelije eliminišu čestice. U procesu ekstruzije nema fuzije membrane, što eliminiše stari sadržaj iz normalnih ćelija i omogućava ćelijama da se ažuriraju svežim sadržajem“, rekao je Huang. „Dešava se bez obzira da li su strane nanočestice prisutne ili ne. To je intrinzičan, proaktivan proces koje ove ćelije koriste da bi duže preživele i pravilno funkcionisale.“
Dženg je rekao da njihova otkrića otvaraju nove oblasti proučavanja. Na primer, epitelne ćelije, poput onih u proksimalnim tubulima, nalaze se u drugim tkivima, kao što su zidovi arterija i u crevima i digestivnom traktu.
„U oblasti nanomedicine želimo da što je moguće više minimiziramo akumulaciju nanočestica u telu. Ne želimo da se zaglave u bubrezima, tako da je veoma važno razumeti kako se nanočestice eliminišu iz proksimalnih tubula. “ rekao je Dženg. „Takođe, ako bismo mogli da naučimo kako da regulišemo ili pratimo ovaj proces samoobnavljanja, mogli bismo pronaći način da očuvamo zdravlje bubrega kod pacijenata sa visokim krvnim pritiskom ili dijabetesom.“
„Ako bismo mogli da razvijemo načine da otkrijemo potpis ovog procesa neinvazivno, možda bi to mogao biti pokazatelj rane bolesti bubrega.“
