Científicos de la Universidad de Texas en Dallas han descubierto un proceso de « limpieza » previamente desconocido en las células renales que expulsa el contenido no deseado, lo que da como resultado células que se rejuvenecen y siguen funcionando 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 saludables 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, es decir, no se dividen para crear nuevas células. En casos de lesiones o enfermedades leves, las células renales tienen capacidades de reparación limitadas, y las células madre en el riñón pueden formar nuevas células renales, pero solo hasta cierto punto, dijo el Dr. Jie Zheng, profesor de química y bioquímica en la Escuela de Ciencias Naturales y Matemáticas y co-autor correspondiente del estudio.

« En la mayoría de los escenarios, si las células renales sufren lesiones graves, morirán y no podrán regenerarse », dijo Zheng, distinguido presidente de Ciencias Naturales y Matemáticas. « Tu riñón simplemente fallará tarde o temprano. Ese es un gran desafío en el manejo de la salud para la enfermedad renal. Todo lo que podemos hacer actualmente es retrasar la progresión hacia la insuficiencia renal. No podemos reparar fácilmente el órgano si está gravemente lesionado o por una enfermedad crónica.

« Es por eso que descubrir este mecanismo de autorrenovación es probablemente uno de los hallazgos más importantes que hemos hecho hasta ahora. Con excelentes instalaciones centrales y personal dedicado, UTD es un gran lugar para realizar investigaciones de vanguardia ».

La investigación adicional puede conducir a mejoras en la nanomedicina y la detección temprana de la enfermedad renal, dijo.

Un hallazgo inesperado

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 formación de imágenes, para la comprensión fundamental de la filtración glomerular, para la detección temprana de enfermedades hepáticas y para 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 cómo se eliminan del cuerpo a través de la orina.

La investigación ha demostrado que las nanopartículas de oro generalmente pasan ilesas a través de una estructura en el riñón llamada glomérulo y luego viajan a los túbulos proximales, que constituyen más del 50% del riñón. Se ha demostrado que las células epiteliales tubulares proximales internalizan las nanopartículas, que eventualmente escapan de esas células para ser excretadas en la orina. Pero no está claro cómo escapan de las celdas.

En diciembre de 2021, Zheng y su equipo de química (científico investigador y autor principal del estudio Yingyu Huang PhD’20 y coautor correspondiente 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.

« Usando el EM, vimos nanopartículas de oro encapsuladas en lisosomas dentro de grandes vesículas en el lumen, 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 contenían tanto nanopartículas como orgánulos fuera de las células, y no era algo que hubiéramos visto antes », dijo Yu.

Los investigadores encontraron células tubulares proximales que habían formado protuberancias orientadas hacia el exterior 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. El contenido extruido luego se pellizcó en 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 ».

Un nuevo proceso de renovación

El mecanismo de autorrenovación mediado por extrusión es fundamentalmente diferente de otros procesos regenerativos conocidos, como la división celular, y tareas de limpieza como la exocitosis. En la exocitosis, las sustancias extrañas, como las nanopartículas, se encapsulan en una vesícula dentro de la célula. Luego, la membrana de la vesícula se fusiona con el interior de la membrana de la célula, que se abre para liberar el contenido al exterior.

« Lo que descubrimos es totalmente diferente de la comprensión previa 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. « Sucede ya sea 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 tubo 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 monitorear este proceso de autorrenovación, podríamos encontrar una manera de mantener los riñones saludables 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 ».

La investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (R01DK124881, R01DK115986, R01DK126140 y R01DK103363), la Fundación Nacional de Ciencias y el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas.