Il team riferirà che gli scienziati della UC San Francisco hanno impiantato con successo un prototipo di bioreattore renale contenente cellule renali umane funzionali nei maiali senza significativi problemi di sicurezza. Il dispositivo, che è circa la dimensione di un mazzo di carte, non ha innescato una reazione immunitaria o causato coaguli di sangue negli animali, una pietra miliare importante sulla strada per i futuri test umani.
“Questa è la prima dimostrazione che le cellule renali possono essere impiantate con successo in un grande animale senza immunosoppressione e rimangono abbastanza sane per svolgere la loro funzione. Questa è una pietra miliare per noi”, ha detto il co-leader del Progetto Rene Shuvo Roy, PhD, membro di facoltà nel Dipartimento di Bioingegneria e Scienze Terapeutiche, un dipartimento congiunto delle Scuole di Farmacia e Medicina della UCSF. “Sulla base di questi risultati, possiamo ora concentrarci sulla scalabilità del bioreattore e sulla sua combinazione con la componente di filtrazione del sangue del rene artificiale.”
UCSF-Vanderbilt Kidney Project mira ad eliminare la dialisi
Quasi 750.000 americani – e due milioni di persone nel mondo – sono trattati per la malattia renale allo stadio finale (ESRD), e i tassi di malattia renale stanno crescendo rapidamente, portando ad una carenza urgente di reni da trapiantare. Nel 2016 c’erano solo 21.000 reni da donatore disponibili per il trapianto negli Stati Uniti su una lista d’attesa di quasi 100.000 e che si estende da cinque a dieci anni.
La maggior parte dei pazienti in attesa di un trapianto di rene sopravvive sottoponendosi a lunghi e ingombranti trattamenti di dialisi più volte a settimana per eliminare le tossine dal sangue, ma la dialisi non sostituisce molte funzioni renali essenziali e in media, solo il 35% dei pazienti in dialisi rimane in vita dopo cinque anni. La dialisi e altri trattamenti per ESRD, che sono universalmente coperti da Medicare, costano 35 miliardi di dollari nel 2016, che rappresentano il sette per cento del bilancio annuale di Medicare.
Il Kidney Project è guidato da Roy e dal nefrologo del Vanderbilt University Medical Center William H. Fissell, MD, che per più di un decennio hanno lavorato per sviluppare un rene bio-artificiale impiantabile con l’obiettivo di eliminare la dialisi e alleviare la carenza di reni da donatore.
Il dispositivo impiantabile sviluppato da The Kidney Project è costituito da due componenti: un sistema di filtraggio del sangue chiamato emofiltro, che rimuove le tossine dal sangue facendolo passare attraverso membrane di silicio fabbricate con pori di precisione su scala nanometrica; e un bioreattore, che contiene cellule renali umane coltivate destinate a svolgere altre funzioni renali, come mantenere un adeguato volume di liquidi e la pressione sanguigna, regolare i livelli di sale e produrre ormoni essenziali.
Dopo studi promettenti su animali di grandi dimensioni, il sistema di emofiltrazione di The Kidney Project è attualmente in attesa dell’approvazione della FDA per un primo studio clinico per valutarne la sicurezza. La tecnologia del bioreattore è stata testata in esperimenti di laboratorio, ma finora non era stata impiantata negli animali.
Bioreattore contenente cellule renali umane impiantato in maiali senza reazione immunitaria o coaguli di sangue
Nella presentazione della Kidney Week del 7 novembre di The Kidney Project, Rebecca Gologorsky, MD, una ricercatrice dell’UCSF Surgical Innovations Fellow del team, mostrerà come le membrane di silicio all’interno del bioreattore impiantato proteggono le cellule renali umane racchiuse dal sistema immunitario dell’ospite tenendo le cellule immunitarie e le proteine trasportate dal sangue fuori dal dispositivo.
“È stato un santo graal delle terapie di trapianto trovare il modo di evitare la necessità di farmaci immunosoppressori a vita che sono spesso necessari per prevenire il rigetto immunitario”, ha detto Roy. “Questi farmaci non solo espongono i pazienti a infezioni e altri effetti collaterali dannosi, ma è stato dimostrato che danneggiano direttamente le cellule e gli organi trapiantati, erodendo il beneficio terapeutico dei trapianti nel tempo.”
Un altro vantaggio chiave di evitare l’immunosoppressione è il suo costo per i pazienti, dice Roy: “Medicare attualmente copre la dialisi per tutta la vita, ma i farmaci immunosoppressivi sono coperti solo per i primi tre anni dopo il trapianto. Molti pazienti che ricevono un trapianto di rene alla fine perdono il nuovo organo perché non sono stati in grado di permettersi i farmaci immunosoppressivi necessari per mantenerlo sano.”
Il team di Roy ha anche accuratamente progettato il prototipo del bioreattore per evitare di innescare coaguli di sangue che potrebbero portare a embolia polmonare o ictus, una sfida importante per tutti i pazienti con impianti medici a lungo termine. Hanno raggiunto questo obiettivo rivestendo i filtri a membrana di silicio che contattano il sangue con molecole biologicamente amichevoli e ingegnerizzando il dispositivo per evitare il flusso di sangue turbolento che può anche innescare la coagulazione.
“Non potevamo usare i rivestimenti standard amichevoli per il sangue che sono stati sviluppati per valvole cardiache, cateteri e altri dispositivi perché sono così spessi che bloccano completamente i pori delle nostre membrane di silicio”, ha detto Roy. “Uno dei nostri successi è stato quello di progettare una chimica di superficie adatta sulle nostre membrane di silicio che le fa sembrare biologicamente amichevoli al sangue.”
I risultati, dice Roy, dimostrano i progressi verso la sperata “tripletta” clinica di The Kidney Project: un dispositivo alimentato dal cuore che funziona senza batterie o altri collegamenti esterni che potrebbero introdurre il rischio di infezione, e che può pulire il sangue senza farmaci anti-rigetto o diluenti del sangue.
I ricercatori mirano ora a scalare il bioreattore prototipo per contenere più cellule al fine di testare se il dispositivo impiantato può integrare la funzione renale in animali con insufficienza renale, con l’obiettivo finale di spostare alla fine il dispositivo per prove di sicurezza umana.
“Far avanzare una terapia cellulare complessa come questa nella clinica non sarà un compito banale – per esempio, richiederà notevoli investimenti nella produzione e caratterizzazione cellulare in strutture GMP controllate per evitare qualsiasi possibilità di contaminazione”, ha detto Roy. “Ora abbiamo confermato che siamo sulla strada giusta per andare avanti con questi sforzi.”