Ранее ученые уже доказали, что трансплантация эмбриональных тканей может быть использована для выращивания новых почек внутри организмов крыс. Однако в своем последнем исследовании они провели беспрецедентное и критическое испытание новых почек, удалив оригинальные почки крысы и поставив новые почки на их место. Новые почки смогли успешно обеспечить жизнедеятельность крыс.
"Мы хотим понять, как выращивать новые почки у людей, и это очень важный первый шаг", - говорит Марк Хаммерман, доктор медицинских наук, ведущий специалист по заболеваниям почек. "Эти крысы прожили от семи до восьми дней после того, как их почки были удалены, достаточно долго, чтобы мы знали, что их новые почки работают".
Компания Hammerman является лидером в растущей области органогенеза, которая специализируется на выращивании органов из стволовых клеток и других кластеров эмбриональных клеток, известных как орган примордия. В отличие от стволовых клеток, органные примордии не могут развиваться в клетки любого типа.
"Выращивание почки похоже на попытку создать самолет - нельзя просто сделать одну деталь, как пропеллер, нужно собрать несколько различных деталей и систем и заставить их работать вместе", - объясняет Хаммерман. "К счастью, примордия почек уже знает, как вырастить разные части и собраться в почку - нам просто нужно дать им нужные подсказки и немного помощи в различных стадиях развития".
Для исследования Хаммерман и соавтор Шэрон Роджерс провели пересадку почек крысам 5- и 6-недельной давности. Перед введением ученые пропитали ткань трансплантата раствором, который включал несколько факторов роста человека, белки и гормоны. Одна из первоначальных почек крыс была удалена в то же время.
Через три недели после трансплантации исследователи подключили новые почки к мочевому пузырю и ввели вторую дозу факторов роста.
Примерно через пять месяцев после трансплантации ученые удалили оставшуюся первоначальную почку у контрольных и экспериментальных крыс. Чтобы решить проблему неопределенности в отношении того, какие функции почек имеют решающее значение для поддержания жизни, ученые разорвали связи между мочевым пузырем и новыми почками у подгруппы крыс, участвовавших в эксперименте.
Крысы без новых почек жили два-три дня, а крысы с новыми почками, связанными с мочевыми пузырями, жили от семи до восьми дней.
"Это говорит нам о том, что функции почек, вырабатывающие мочу, являются ключом к сохранению жизни", - говорит Роджерс.
"От семи до восьми дней может показаться недолгим сроком", - добавляет Хаммерман. "Однако то, что мы сделали, сродни строительству первого самолета и демонстрации того, что он может летать хотя бы несколько минут. Это так же революционно".
В этом и других предыдущих исследованиях Хаммерман и Роджерс установили, что вновь выращенные почки могут выполнять важнейшие функции истинных почек.
"Например, мы показали, что они могут выделять инулин, инертный сахар, который мы вводим в кровоток крысы, - говорит Хаммерман. "Это доказывает, что почки фильтруют кровь".
Когда ученые вкололи крысам другое соединение, известное как p-аминогиппурат, почка начала выделять его в моче.
В дополнение к выделению и фильтрации, новая почка должна также поглощать соли, воду и основные питательные вещества. Исследователи показали, что новые почки могут реабсорбировать как воду, так и питательный фосфор.
Хаммерман надеется использовать трансплантацию органов от животных к человеку, известную как ксенотрансплантация, в качестве решения проблемы хронического дефицита донорских органов.
"Каждый год около 10 000 почек становятся доступными для трансплантации пациентам с заболеваниями почек на конечной стадии", - говорит Хаммерман. "Но очереди на пересадку почек могут доходить до 100 000 человек, и большинство пациентов умирают от болезни до того, как орган станет доступен".
Функция почек у свиней аналогична функции почек у людей, и конечной целью Хаммермана является использование трансплантации эмбриональных тканей свиней, чтобы помочь пациентам с почечной недостаточностью жить дольше.
Работа с эмбриональными тканями, которые перерастают в органы внутри организма пациента, позволяет Хаммерману избежать гиперактивного и острого отторжения сосудов, реакций иммунной системы, которые могут разрушить ксенотрансплантаты. Иммунная система организма признает инородные кровеносные сосуды трансплантированных тканей и поражает их.
"Эти два типа отторжения до сих пор не позволили ксенотрансплантировать полностью выращенные почки", - объясняет Хаммерман. "Однако мы можем избежать этого, пересадив эмбриональные почки до развития кровеносных сосудов".
Примордии достаточно малы, чтобы поддерживать выживаемость после трансплантации за счет диффузии кислорода и питательных веществ. Трансплантированные клетки привлекают рост новых кровеносных сосудов от хозяина по мере того, как они вырастают в зрелый орган.
Хаммерман отмечает, что реципиентам эмбриональных ксенотрансплантатов все равно придется принимать препараты иммуносупрессии для предотвращения острого отторжения - третьего типа иммунного ответа, который непосредственно воздействует на трансплантированные ткани. Однако реципиенты, пережившие трансплантацию почек от человека, также должны принимать препараты для подавления иммунитета.
В настоящее время ученые работают над совершенствованием ксенотрансплантации почечной примордии от свиньи к крысе. Если они могут продлить жизнь при пересадке почки, то следующими шагами являются пересадка органа от свиньи к примату, а затем от свиньи к человеку.
"Терапия, основанная на выращивании новых органов, станет частью основной медицинской практики в скором времени", - прогнозирует Хаммерман.
