Het team zal melden dat wetenschappers van UC San Francisco met succes een prototype van een nierbioreactor met functionele menselijke niercellen in varkens hebben geïmplanteerd zonder noemenswaardige veiligheidsrisico’s. Het apparaat, dat ongeveer zo groot is als een spel kaarten, veroorzaakte geen immuunreactie of bloedstolsels bij de dieren, een belangrijke mijlpaal op weg naar toekomstige proeven op mensen.
“Dit is de eerste demonstratie dat niercellen succesvol kunnen worden geïmplanteerd in een groot dier zonder immunosuppressie en gezond genoeg blijven om hun functie uit te voeren. Dit is een belangrijke mijlpaal voor ons,” zei Kidney Project co-leider Shuvo Roy, PhD, een faculteitslid van de afdeling Bio-engineering en Therapeutische Wetenschappen, een gezamenlijke afdeling van de UCSF Schools of Pharmacy en Medicine. “Op basis van deze resultaten kunnen we ons nu richten op het opschalen van de bioreactor en deze combineren met de bloedfiltratiecomponent van de kunstnier.”
UCSF-Vanderbilt Kidney Project Aims to Eliminate Dialysis
Bijna 750.000 Amerikanen — en twee miljoen mensen over de hele wereld — worden behandeld voor nierziekte in het eindstadium (ESRD), en de percentages van nierziekten nemen snel toe, wat leidt tot een dringend tekort aan nieren voor transplantatie. In 2016 waren er slechts 21.000 donornieren beschikbaar voor transplantatie in de VS op een wachtlijst van bijna 100.000 en die zich uitstrekt over vijf tot tien jaar.
De meeste patiënten die op een niertransplantatie wachten, overleven door meerdere keren per week lange en lastige dialysebehandelingen te ondergaan om gifstoffen uit hun bloed te verwijderen, maar dialyse vervangt niet veel essentiële nierfuncties en gemiddeld blijft slechts 35 procent van de dialysepatiënten na vijf jaar in leven. Dialyse en andere behandelingen voor ESRD, die universeel worden gedekt door Medicare, kostten $ 35 miljard in 2016, wat neerkomt op zeven procent van het jaarlijkse budget van Medicare.
Het Kidney Project wordt geleid door Roy en Vanderbilt University Medical Center nefroloog William H. Fissell, MD, die al meer dan tien jaar werken aan de ontwikkeling van een implanteerbare biokunstmatige nier met als doel dialyse te elimineren en het tekort aan donornieren te verlichten.
Het implanteerbare apparaat dat wordt ontwikkeld door The Kidney Project bestaat uit twee componenten: een bloedfiltratiesysteem, hemofilter genaamd, dat gifstoffen uit het bloed verwijdert door het door siliciummembranen te leiden die zijn vervaardigd met precies gevormde poriën op nanometerschaal; en een bioreactor, die gekweekte menselijke niercellen bevat die bedoeld zijn om andere nierfuncties uit te voeren, zoals het handhaven van een adequaat vochtvolume en een adequate bloeddruk, het aanpassen van het zoutgehalte en het produceren van essentiële hormonen.
Na veelbelovende studies bij grote dieren wacht het hemofiltratiesysteem van The Kidney Project momenteel op goedkeuring van de FDA voor een eerste klinische studie om de veiligheid ervan te beoordelen. De bioreactortechnologie is getest in laboratoriumexperimenten, maar was tot dusver nog niet bij dieren geïmplanteerd.
Bioreactor met menselijke niercellen geïmplanteerd in varkens zonder immuunreactie of bloedstolsels
In de presentatie van The Kidney Project op 7 november in de Kidney Week, zal Rebecca Gologorsky, MD, een UCSF Surgical Innovations Fellow in het team, laten zien hoe siliconenmembranen in de geïmplanteerde bioreactor de ingesloten menselijke niercellen beschermen tegen het immuunsysteem van de gastheer door door het bloed overgedragen immuuncellen en eiwitten buiten het apparaat te houden.
“Het is een heilige graal van transplantatietherapieën geweest om manieren te vinden om de noodzaak van levenslange immunosuppressieve medicijnen te vermijden, die vaak nodig zijn om afstoting van het immuunsysteem te voorkomen,” zei Roy. “Deze medicijnen stellen patiënten niet alleen bloot aan infecties en andere schadelijke bijwerkingen, maar blijken ook direct schadelijk te zijn voor getransplanteerde cellen en organen, waardoor het therapeutische voordeel van transplantaties na verloop van tijd wordt uitgehold.”
Een ander belangrijk voordeel van het vermijden van immunosuppressie zijn de kosten voor patiënten, zegt Roy: “Medicare dekt momenteel dialyse voor het leven, maar immunosuppressieve medicijnen worden alleen gedekt voor de eerste drie jaar na transplantatie. Veel patiënten die een niertransplantatie krijgen, verliezen uiteindelijk het nieuwe orgaan omdat ze zich de immunosuppressieve medicijnen niet konden veroorloven die nodig zijn om het gezond te houden.”
Roy’s team heeft het prototype van de bioreactor ook zorgvuldig ontworpen om te voorkomen dat er bloedstolsels ontstaan die zouden kunnen leiden tot longembolie of beroerte, een belangrijke uitdaging voor alle patiënten met langdurige medische implantaten. Zij bereikten dit door de silicium membraanfilters die in contact komen met het bloed te coaten met biologisch vriendelijke moleculen en het apparaat zo te ontwerpen dat de turbulente bloedstroom die ook stolsels kan veroorzaken, wordt vermeden.
“We konden de standaard bloedvriendelijke coatings die zijn ontwikkeld voor hartkleppen, katheters en andere apparaten niet gebruiken, omdat ze zo dik zijn dat ze de poriën van onze siliciummembranen volledig zouden blokkeren,” zei Roy. “Een van onze prestaties was het ontwikkelen van een geschikte oppervlaktechemie op onze siliciummembranen, waardoor ze er biologisch vriendelijk uitzien voor bloed.”
De resultaten, zegt Roy, laten vooruitgang zien in de richting van de verhoopte klinische “trifecta” van The Kidney Project: een door het hart aangedreven apparaat dat werkt zonder batterijen of andere externe verbindingen die infectierisico’s kunnen introduceren, en dat het bloed kan reinigen zonder anti-afstotingsmedicijnen of bloedverdunners.
De onderzoekers willen nu het prototype van de bioreactor opschalen om meer cellen te bevatten, om te testen of het geïmplanteerde apparaat de nierfunctie kan aanvullen bij dieren met nierfalen, met het uiteindelijke doel om het apparaat uiteindelijk in veiligheidstests bij mensen te brengen.
“Het bevorderen van een complexe celtherapie als deze naar de kliniek zal geen triviale taak zijn — het zal bijvoorbeeld aanzienlijke investeringen vergen in celproductie en karakterisering in gecontroleerde GMP-faciliteiten om elke mogelijkheid van besmetting te voorkomen,” zei Roy. “Nu hebben we bevestigd dat we op de juiste weg zijn om verder te gaan met deze inspanningen.”