Gli scienziati dell'Università del Texas a Dallas hanno scoperto un processo di "pulizia" precedentemente sconosciuto nelle cellule renali che espelle contenuti indesiderati, dando come risultato cellule che si ringiovaniscono e rimangono funzionanti e sane.
Il processo di autorinnovamento, che è fondamentalmente diverso da come si pensa si rigenerino gli altri tessuti corporei, 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 su Nature Nanotechnology .
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 dottor 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 vengono gravemente danneggiate, moriranno e non potranno rigenerarsi", ha affermato Zheng, illustre professore di scienze naturali e matematica. "Il tuo rene prima o poi fallirà. Questa è una grande sfida nella gestione sanitaria delle malattie renali. Tutto quello 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 la scoperta di questo meccanismo di autorinnovamento è probabilmente una delle scoperte più significative che abbiamo fatto finora. Con eccellenti strutture centrali e personale dedicato, UTD è il luogo ideale per condurre ricerche all'avanguardia."
Ulteriori ricerche potrebbero portare a miglioramenti nella nanomedicina e alla diagnosi precoce delle malattie renali, ha affermato.
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 questo lavoro si è concentrata sulla comprensione di come le nanoparticelle d'oro vengono filtrate dai reni ed eliminate dal corpo attraverso l'urina.
La ricerca ha dimostrato che le nanoparticelle d’oro generalmente passano indenni attraverso una struttura nel rene chiamata glomerulo e poi viaggiano nei tubuli prossimali, che costituiscono oltre il 50% del rene. È stato dimostrato che le cellule epiteliali del tubulo prossimale interiorizzano le nanoparticelle, che alla fine sfuggono a quelle cellule per essere escrete nelle urine. Ma non è chiaro come riescano a sfuggire alle cellule.
Nel dicembre 2021, Zheng e il suo team di chimici, il ricercatore e autore principale dello studio Yingyu Huang Ph.D. '20 e l'autore co-corrispondente Dr. Mengxiao Yu, professore associato di ricerca, stavano esaminando le 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.
"Utilizzando l'EM, abbiamo visto nanoparticelle d'oro incapsulate in lisosomi all'interno di grandi vescicole nel lume, che è lo spazio all'esterno delle cellule epiteliali", ha detto Yu.
Le vescicole sono piccoli sacchi pieni di liquido che si trovano sia all'interno che all'esterno delle cellule e che trasportano varie sostanze.
"Ma abbiamo anche osservato la formazione di queste vescicole contenenti sia nanoparticelle che organelli all'esterno delle cellule, e non era qualcosa che avevamo visto prima", ha detto Yu.
I ricercatori hanno scoperto cellule tubulari 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 veniva quindi pizzicato in una vescicola che fluttuava nello spazio extracellulare.
"In quel momento sapevamo che si trattava di un fenomeno insolito", ha detto Yu. "Questo è un nuovo metodo con cui le cellule rimuovono il contenuto cellulare."
Il meccanismo di autorinnovamento mediato dall’estrusione è fondamentalmente diverso da altri processi rigenerativi conosciuti – come la divisione cellulare – e da compiti di pulizia come l’esocitosi. Nell'esocitosi, sostanze estranee come le nanoparticelle vengono 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.
"Ciò 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 contenuti nuovi", ha detto Huang. "Succede sia che siano presenti o meno nanoparticelle estranee. È un processo intrinseco e proattivo che queste cellule utilizzano 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, nell'intestino e nel tratto digestivo.
"Nel campo della nanomedicina, vogliamo ridurre al minimo l'accumulo di nanoparticelle nel corpo. Non vogliamo che rimangano bloccate nei reni, quindi è molto importante capire come le nanoparticelle vengono eliminate dai tubuli prossimali, " ha detto Zheng. "Inoltre, se potessimo imparare a regolare o monitorare questo processo di autorinnovamento, potremmo trovare un modo per mantenere sani i reni nei pazienti con pressione alta o diabete.
"Se potessimo sviluppare metodi per rilevare la firma di questo processo in modo non invasivo, forse potrebbe essere un indicatore di una malattia renale precoce."
Ulteriori informazioni: Yingyu Huang et al, I tubuli prossimali eliminano le nanoparticelle d'oro endocitate attraverso un meccanismo di auto-rinnovamento mediato dall'estrusione di organelli, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01366-7
Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale
Fornito dall'Università del Texas a Dallas
