Gli scienziati dell’Università del Texas a Dallas hanno scoperto un processo di “pulizia” precedentemente sconosciuto nelle cellule renali che espelle il contenuto indesiderato, risultando in cellule che si ringiovaniscono e rimangono funzionanti e sane.
Il processo di auto-rinnovamento, che è fondamentalmente diverso da come si pensa che altri tessuti corporei si rigenerino, aiuta a spiegare come, salvo lesioni o malattie, i reni possano rimanere sani per tutta la vita. I ricercatori hanno descritto il meccanismo in uno studio pubblicato il 17 aprile Natura Nanotecnologia.
A differenza del fegato e della pelle, dove le cellule si dividono per creare nuove cellule figlie e rigenerare l’organo, le cellule nei tubuli prossimali del rene sono mitoticamente quiescenti, non si dividono per creare nuove cellule. In caso di lesioni o malattie lievi, le cellule renali hanno capacità di riparazione limitate e le cellule staminali nel rene possono formare nuove cellule renali, ma solo fino a un certo punto, ha affermato il dott. Jie Zheng, professore di chimica e biochimica presso la School of Scienze naturali e matematica e co-autore corrispondente dello studio.
“Nella maggior parte degli scenari, se le cellule renali sono gravemente danneggiate, moriranno e non potranno rigenerarsi”, ha affermato Zheng, Distinguished Chair in Natural Sciences and Mathematics. “Il tuo rene fallirà prima o poi. Questa è una grande sfida nella gestione della salute per le malattie renali. Tutto ciò che possiamo fare attualmente è rallentare la progressione verso l’insufficienza renale. Non possiamo riparare facilmente l’organo se è gravemente ferito o da una malattia cronica.
“Ecco perché scoprire questo meccanismo di auto-rinnovamento è probabilmente una delle scoperte più significative che abbiamo fatto finora. Con eccellenti strutture di base e personale dedicato, UTD è un ottimo posto per fare ricerche così all’avanguardia”.
Ulteriori ricerche potrebbero portare a miglioramenti nella nanomedicina e alla diagnosi precoce delle malattie renali, ha affermato.
Una scoperta inaspettata
I ricercatori hanno affermato che la loro scoperta li ha colti di sorpresa.
Per 15 anni, Zheng ha studiato l’uso biomedico delle nanoparticelle d’oro come agenti di imaging, per la comprensione fondamentale della filtrazione glomerulare, per la diagnosi precoce delle malattie del fegato e per la somministrazione mirata di farmaci antitumorali. Parte di quel lavoro si è concentrato sulla comprensione di come le nanoparticelle d’oro vengono filtrate dai reni e eliminate dal corpo attraverso l’urina.
La ricerca ha dimostrato che le nanoparticelle d’oro generalmente passano indenni attraverso una struttura del rene chiamata glomerulo e poi viaggiano nei tubuli prossimali, che costituiscono oltre il 50% del rene. È stato dimostrato che le cellule epiteliali tubulari prossimali interiorizzano le nanoparticelle, che alla fine sfuggono a quelle cellule per essere escrete nelle urine. Ma il modo in cui sfuggono alle cellule non è chiaro.
Nel dicembre 2021, Zheng e il suo team di chimica – il ricercatore e autore principale dello studio Yingyu Huang PhD’20 e l’autore corrispondente Dr. Mengxiao Yu, professore associato di ricerca – stavano esaminando nanoparticelle d’oro in campioni di tessuto tubolare prossimale utilizzando un microscopio ottico , ma sono passati a uno dei microscopi elettronici (EM) dell’Università per una migliore risoluzione.
“Usando l’EM, abbiamo visto nanoparticelle d’oro incapsulate nei lisosomi all’interno di grandi vescicole nel lume, che è lo spazio al di fuori delle cellule epiteliali”, ha detto Yu.
Le vescicole sono piccole sacche piene di liquido che si trovano sia all’interno che all’esterno delle cellule che trasportano varie sostanze.
“Ma abbiamo anche osservato la formazione di queste vescicole contenenti sia nanoparticelle che organelli al di fuori delle cellule, e non era qualcosa che avevamo visto prima”, ha detto Yu.
I ricercatori hanno trovato cellule tubolari prossimali che avevano formato rigonfiamenti rivolti verso l’esterno nelle loro membrane luminali che contenevano non solo nanoparticelle d’oro ma anche lisosomi, mitocondri, reticolo endoplasmatico e altri organelli tipicamente confinati all’interno di una cellula. Il contenuto estruso è stato quindi pizzicato in una vescicola che è fluttuata nello spazio extracellulare.
“In quel momento, sapevamo che si trattava di un fenomeno insolito”, ha detto Yu. “Questo è un nuovo metodo per le cellule per rimuovere il contenuto cellulare”.
Un nuovo processo di rinnovamento
Il meccanismo di auto-rinnovamento mediato dall’estrusione è fondamentalmente diverso da altri processi rigenerativi noti, come la divisione cellulare, e compiti di pulizia della casa come l’esocitosi. Nell’esocitosi, sostanze estranee come le nanoparticelle sono incapsulate in una vescicola all’interno della cellula. Quindi, la membrana della vescicola si fonde con l’interno della membrana cellulare, che si apre per rilasciare il contenuto all’esterno.
“Quello che abbiamo scoperto è totalmente diverso dalla precedente comprensione di come le cellule eliminano le particelle. Non c’è fusione della membrana nel processo di estrusione, che elimina il vecchio contenuto dalle cellule normali e consente alle cellule di aggiornarsi con nuovi contenuti”, ha detto Huang. “Succede se sono presenti o meno nanoparticelle estranee. È un processo intrinseco e proattivo che queste cellule usano per sopravvivere più a lungo e funzionare correttamente”.
Zheng ha affermato che le loro scoperte aprono nuove aree di studio. Ad esempio, le cellule epiteliali, come quelle dei tubuli prossimali, si trovano in altri tessuti, come le pareti delle arterie e nell’intestino e nel tratto digerente.
“Nel campo della nanomedicina, vogliamo ridurre al minimo l’accumulo di nanoparticelle nel corpo il più possibile. Non vogliamo che rimangano bloccate nei reni, quindi è molto importante capire come le nanoparticelle vengono eliminate dai tubuli prossimali, ” disse Zheng. “Inoltre, se potessimo imparare a regolare o monitorare questo processo di auto-rinnovamento, potremmo trovare un modo per mantenere sani i reni nei pazienti con ipertensione o diabete.
“Se potessimo sviluppare modi per rilevare la firma di questo processo in modo non invasivo, forse potrebbe essere un indicatore di una malattia renale precoce”.
La ricerca è stata finanziata dal National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (R01DK124881, R01DK115986, R01DK126140 e R01DK103363), dalla National Science Foundation e dal Cancer Prevention and Research Institute of Texas.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
