התגלית הגורפת של החוקרים מראה כיצד תאי כליה מתחדשים מעצמם

תהליך ההתחדשות העצמית, השונה מהותית מהאופן שבו רקמות גוף אחרות נחשבות להתחדשות, עוזר להסביר כיצד, ללא פגיעה או מחלה, הכליות יכולות להישאר בריאות לכל החיים. החוקרים תיארו את המנגנון במחקר שפורסם ב-17 באפריל ב טבע ננוטכנולוגיה.

שלא כמו הכבד והעור, שבהם התאים מתחלקים כדי ליצור תאי בת חדשים ולחדש את האיבר, תאים בצינוריות הפרוקסימליות של הכליה שקטים באופן מיטוטי – הם לא מתחלקים כדי ליצור תאים חדשים. במקרים של פציעה או מחלה קלה, לתאי כליה יש יכולות תיקון מוגבלות, ותאי גזע בכליה יכולים ליצור תאי כליה חדשים, אבל רק עד נקודה מסוימת, אמר ד"ר ג'י ג'נג, פרופסור לכימיה וביוכימיה בבית הספר מדעי הטבע ומתמטיקה ומחבר שותף למחקר.

"ברוב התרחישים, אם תאי כליה ייפצעו קשה, הם ימותו, והם לא יכולים להתחדש", אמר ג'נג, יו"ר מכובד למדעי הטבע ומתמטיקה. "הכליה שלך פשוט תיכשל במוקדם או במאוחר. זה אתגר גדול בניהול הבריאות של מחלת כליות. כל מה שאנחנו יכולים לעשות כרגע הוא להאט את ההתקדמות לאי ספיקת כליות. אנחנו לא יכולים לתקן בקלות את האיבר אם הוא נפגע בצורה חמורה או ממחלה כרונית.

"לכן גילוי מנגנון החידוש העצמי הזה הוא כנראה אחד הממצאים המשמעותיים ביותר שמצאנו עד כה. עם מתקני ליבה מצוינים וצוות מסור, UTD הוא מקום מצוין לעשות מחקר חדשני שכזה".

מחקר נוסף עשוי להוביל לשיפורים בננו-רפואה וגילוי מוקדם של מחלת כליות, אמר.

ממצא בלתי צפוי

החוקרים אמרו שהגילוי שלהם הפתיע אותם.

במשך 15 שנים, ג'נג חוקר את השימוש הביו-רפואי בננו-חלקיקי זהב כחומרי הדמיה, להבנה בסיסית של סינון גלומרולרי, לגילוי מוקדם של מחלות כבד ולאספקה ​​ממוקדת של תרופות לסרטן. חלק מהעבודה התמקדה בהבנת האופן שבו חלקיקי זהב מסוננים על ידי הכליות ומתנקים מהגוף דרך שתן.

מחקרים הראו שננו-חלקיקי זהב עוברים בדרך כלל ללא פגע דרך מבנה בכליה הנקרא גלומרולוס ואז עוברים לתוך צינוריות פרוקסימליות, המהוות למעלה מ-50% מהכליה. הוכח כי תאי אפיתל צינוריים פרוקסימליים מפנימים את הננו-חלקיקים, אשר בסופו של דבר בורחים מהתאים הללו ומופרשים בשתן. אבל איך הם בורחים מהתאים לא היה ברור.

בדצמבר 2021, ג'נג וצוות הכימיה שלו – מדען מחקר ומחבר מחקר ראשי Yingyu Huang PhD'20 והמחבר השותף ד"ר Mengxiao Yu, פרופסור עמית למחקר – בחנו ננו-חלקיקי זהב בדגימות רקמה צינורית פרוקסימלית באמצעות מיקרוסקופ אופטי , אבל הם עברו לאחד ממיקרוסקופי האלקטרונים (EM) של האוניברסיטה לרזולוציה טובה יותר.

"באמצעות EM, ראינו חלקיקי זהב מכוסים בליזוזומים בתוך שלפוחיות גדולות בלומן, שהוא החלל שמחוץ לתאי האפיתל", אמר יו.

שלפוחיות הן שקים קטנים מלאים בנוזל הנמצאים בתוך ומחוץ לתאים שמעבירים חומרים שונים.

"אבל גם צפינו בהיווצרות שלפוחיות אלה המכילות גם ננו-חלקיקים וגם אברונים מחוץ לתאים, וזה לא היה משהו שראינו בעבר", אמר יו.

החוקרים מצאו תאים צינוריים פרוקסימליים שנוצרו בליטות הפונות כלפי חוץ בקרום הלומינלי שלהם, שהכילו לא רק ננו-חלקיקי זהב, אלא גם ליזוזומים, מיטוכונדריה, רטיקולום אנדופלזמי ואברונים אחרים המוגבלים בדרך כלל לפנים התא. התוכן שחולץ נלקח לאחר מכן לתוך שלפוחית ​​שריחפה אל החלל החוץ תאי.

"באותו רגע, ידענו שזו תופעה יוצאת דופן", אמר יו. "זו שיטה חדשה לתאים להסיר תוכן סלולרי."

תהליך התחדשות חדש

מנגנון החידוש העצמי בתיווך האקסטרוזיה שונה מהותית מתהליכי התחדשות ידועים אחרים – כגון חלוקת תאים – ומשימות ניקוי הבית כמו אקסוציטוזיס. באקסוציטוזיס, חומרים זרים כגון ננו-חלקיקים מובלעים בשלפוחית ​​בתוך התא. לאחר מכן, קרום השלפוחית ​​מתמזג עם החלק הפנימי של קרום התא, הנפתח לשחרור התוכן החוצה.

"מה שגילינו שונה לחלוטין מההבנה הקודמת של האופן שבו תאים מחסלים חלקיקים. אין היתוך ממברנה בתהליך האקסטרוזיה, שמבטל תוכן ישן מתאי רגיל ומאפשר לתאים לעדכן את עצמם בתוכן טרי", אמר הואנג. "זה קורה בין אם קיימים ננו-חלקיקים זרים או לא. זהו תהליך מהותי ופרואקטיבי שהתאים הללו משתמשים בהם כדי לשרוד זמן רב יותר ולתפקד כראוי".

ג'נג אמר שהממצאים שלהם פותחים תחומי מחקר חדשים. לדוגמה, תאי אפיתל, כמו אלה שבצינוריות הפרוקסימליות, נמצאים ברקמות אחרות, כמו דפנות העורקים ובמעיים ובמערכת העיכול.

"בתחום הננו-רפואה אנחנו רוצים למזער ככל האפשר הצטברות של חלקיקים בגוף. אנחנו לא רוצים שהם יתקעו בכליות, ולכן חשוב מאוד להבין איך ננו-חלקיקים מסולקים מהאבוביות הפרוקסימליות, " אמר ג'נג. "כמו כן, אם נוכל ללמוד כיצד לווסת או לנטר את תהליך החידוש העצמי הזה, אולי נמצא דרך לשמור על בריאות הכליות בחולים עם לחץ דם גבוה או סוכרת.

"אם נוכל לפתח דרכים לזהות את החתימה של התהליך הזה בצורה לא פולשנית, אולי זה יכול להיות אינדיקטור למחלת כליות מוקדמת".

המחקר מומן על ידי המכון הלאומי לסוכרת ומחלות עיכול וכליות (R01DK124881, R01DK115986, R01DK126140 ו-R01DK103363), הקרן הלאומית למדע והמכון למניעת סרטן וחקר הסרטן של טקסס.