Zespół poinformuje, że naukowcy z UC San Francisco z powodzeniem wszczepili świniom prototypowy bioreaktor nerki zawierający funkcjonalne ludzkie komórki nerkowe bez istotnych obaw o bezpieczeństwo. Urządzenie, które jest wielkości talii kart, nie wywołało reakcji immunologicznej ani nie spowodowało zakrzepów krwi u zwierząt, co jest ważnym kamieniem milowym na drodze do przyszłych prób na ludziach.
„Jest to pierwsza demonstracja, że komórki nerki mogą być z powodzeniem wszczepione dużemu zwierzęciu bez immunosupresji i pozostają wystarczająco zdrowe, aby pełnić swoją funkcję. Jest to dla nas kluczowy kamień milowy” – powiedział Shuvo Roy, doktor współprowadzący Kidney Project, członek wydziału w Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, połączonego wydziału UCSF Schools of Pharmacy and Medicine. „Bazując na tych wynikach, możemy teraz skupić się na zwiększeniu skali bioreaktora i połączeniu go z elementem filtrującym krew w sztucznej nerce.”
UCSF-Vanderbilt Kidney Project Aims to Eliminate Dialysis
Niemal 750 000 Amerykanów — i dwa miliony ludzi na całym świecie — jest leczonych z powodu schyłkowej niewydolności nerek (ESRD), a wskaźniki chorób nerek szybko rosną, co prowadzi do pilnego niedoboru nerek do przeszczepu. W 2016 roku było tylko 21 000 nerek dawcy dostępnych do przeszczepu w Stanach Zjednoczonych na liście oczekujących prawie 100 000 i rozciągającej się na pięć do dziesięciu lat.
Większość pacjentów oczekujących na przeszczep nerki przeżywa dzięki poddawaniu się długim i uciążliwym zabiegom dializy wiele razy w tygodniu, aby oczyścić toksyny z krwi, ale dializa nie zastępuje wielu istotnych funkcji nerek i średnio tylko 35 procent pacjentów dializowanych pozostaje przy życiu po pięciu latach. Dializa i inne zabiegi dla ESRD, które są powszechnie pokryte przez Medicare, kosztowały 35 miliardów dolarów w 2016 roku, co stanowi siedem procent rocznego budżetu Medicare.
The Kidney Project jest prowadzony przez Roya i nefrologa Vanderbilt University Medical Center Williama H. Fissell, MD, którzy od ponad dekady pracują nad opracowaniem wszczepialnej bio-sztucznej nerki, której celem jest wyeliminowanie dializ i złagodzenie niedoboru nerek dawców.
Wszczepialne urządzenie opracowywane przez The Kidney Project składa się z dwóch elementów: systemu filtracji krwi zwanego hemofiltrem, który usuwa toksyny z krwi przepuszczając ją przez silikonowe membrany wykonane z precyzyjnie ukształtowanymi porami w skali nanometrów; oraz bioreaktora, który zawiera hodowane ludzkie komórki nerek przeznaczone do wykonywania innych funkcji nerek, takich jak utrzymywanie odpowiedniej objętości płynów i ciśnienia krwi, regulowanie poziomu soli i wytwarzanie niezbędnych hormonów.
Po obiecujących badaniach na dużych zwierzętach, system hemofiltracji The Kidney Project oczekuje obecnie na zatwierdzenie przez FDA wstępnego badania klinicznego, które ma ocenić jego bezpieczeństwo. Technologia bioreaktora została przetestowana w eksperymentach laboratoryjnych, ale do tej pory nie była wszczepiana zwierzętom.
Bioreaktor zawierający ludzkie komórki nerkowe wszczepiony świniom bez reakcji immunologicznej i zakrzepów krwi
W prezentacji Kidney Project, która odbędzie się 7 listopada podczas Kidney Week, Rebecca Gologorsky, MD, pracownik zespołu UCSF Surgical Innovations Fellow, pokaże, jak silikonowe membrany wewnątrz wszczepionego bioreaktora chronią zamknięte w nim ludzkie komórki nerkowe przed układem odpornościowym gospodarza, utrzymując komórki odpornościowe i białka pochodzące z krwi poza urządzeniem.
„Świętym Graalem terapii transplantacyjnych było znalezienie sposobów na uniknięcie konieczności stosowania przez całe życie leków immunosupresyjnych, które są często wymagane, aby zapobiec odrzuceniu immunologicznemu” – powiedział Roy. „Leki te nie tylko narażają pacjentów na infekcje i inne szkodliwe efekty uboczne, ale także bezpośrednio szkodzą przeszczepionym komórkom i organom, zmniejszając z czasem korzyści terapeutyczne płynące z przeszczepów.”
Jeszcze jedną kluczową korzyścią z unikania immunosupresji jest jej koszt dla pacjentów, mówi Roy: „Medicare obecnie pokrywa koszty dializ przez całe życie, ale leki immunosupresyjne są pokrywane tylko przez pierwsze trzy lata po przeszczepie. Wielu pacjentów, którym przeszczepiono nerkę, ostatecznie traci nowy narząd, ponieważ nie było ich stać na leki immunosupresyjne potrzebne do utrzymania go w zdrowiu.”
Zespół Roya starannie zaprojektował prototyp bioreaktora, aby uniknąć powstawania zakrzepów krwi, które mogłyby prowadzić do zatoru płucnego lub udaru mózgu, co stanowi poważne wyzwanie dla wszystkich pacjentów z długoterminowymi implantami medycznymi. Osiągnięto to poprzez pokrycie silikonowych filtrów membranowych, które mają kontakt z krwią, biologicznie przyjaznymi cząsteczkami oraz zaprojektowanie urządzenia w taki sposób, aby uniknąć burzliwego przepływu krwi, który również może powodować powstawanie skrzepów.
„Nie mogliśmy użyć standardowych powłok przyjaznych dla krwi, które zostały opracowane dla zastawek serca, cewników i innych urządzeń, ponieważ są one tak grube, że całkowicie zablokowałyby pory naszych silikonowych membran” – powiedział Roy. „Jednym z naszych osiągnięć było stworzenie odpowiedniej chemii powierzchniowej na naszych membranach krzemowych, która sprawi, że będą one biologicznie przyjazne dla krwi.”
Wyniki, jak twierdzi Roy, świadczą o postępie w kierunku oczekiwanego przez The Kidney Project klinicznego „trifecta”: urządzenia zasilanego przez serce, które działa bez baterii lub innych zewnętrznych połączeń, które mogłyby wprowadzić ryzyko infekcji, i które może oczyszczać krew bez leków zapobiegających odrzuceniu przeszczepu lub rozrzedzających krew.
Badacze zamierzają teraz rozbudować prototyp bioreaktora, aby zawierał więcej komórek, w celu sprawdzenia, czy wszczepione urządzenie może uzupełnić funkcje nerek u zwierząt z niewydolnością nerek, z ostatecznym celem przeniesienia urządzenia do badań bezpieczeństwa na ludziach.
„Wprowadzenie tak złożonej terapii komórkowej do kliniki nie będzie trywialnym zadaniem – będzie wymagało na przykład znacznych inwestycji w produkcję komórek i ich charakterystykę w kontrolowanych zakładach GMP, aby uniknąć możliwości skażenia” – powiedział Roy. „Teraz potwierdziliśmy, że jesteśmy na dobrej drodze do kontynuowania tych wysiłków.”
.