Cientistas da Universidade do Texas em Dallas descobriram um processo de “manutenção” anteriormente desconhecido em células renais que ejeta conteúdo indesejado, resultando em células que se rejuvenescem e permanecem funcionando e saudáveis.
O processo de auto-renovação, que é fundamentalmente diferente de como outros tecidos corporais se regeneram, ajuda a explicar como, salvo lesões ou doenças, os rins podem permanecer saudáveis por toda a vida. Os pesquisadores descreveram o mecanismo em um estudo publicado em 17 de abril na Natureza Nanotecnologia.
Ao contrário do fígado e da pele, onde as células se dividem para criar novas células-filhas e regenerar o órgão, as células nos túbulos proximais do rim são mitoticamente quiescentes – elas não se dividem para criar novas células. Em casos de lesões ou doenças leves, as células renais têm capacidades de reparo limitadas e as células-tronco no rim podem formar novas células renais, mas apenas até certo ponto, disse o Dr. Jie Zheng, professor de química e bioquímica na Escola de Ciências Naturais e Matemática e co-autor correspondente do estudo.
“Na maioria dos cenários, se as células renais forem gravemente feridas, elas morrerão e não poderão se regenerar”, disse Zheng, um distinto presidente em Ciências Naturais e Matemática. “Seu rim simplesmente falhará mais cedo ou mais tarde. Esse é um grande desafio no gerenciamento de saúde para doenças renais. Tudo o que podemos fazer atualmente é retardar a progressão para insuficiência renal. Não podemos reparar facilmente o órgão se estiver ferido gravemente ou por doença crônica.
“É por isso que descobrir esse mecanismo de auto-renovação é provavelmente uma das descobertas mais significativas que fizemos até agora. Com excelentes instalações básicas e equipe dedicada, a UTD é um ótimo lugar para fazer essa pesquisa de ponta.”
Mais pesquisas podem levar a melhorias na nanomedicina e detecção precoce de doenças renais, disse ele.
Uma descoberta inesperada
Os pesquisadores disseram que sua descoberta os pegou de surpresa.
Por 15 anos, Zheng tem investigado o uso biomédico de nanopartículas de ouro como agentes de imagem, para compreensão fundamental da filtração glomerular, para detecção precoce de doenças hepáticas e para entrega direcionada de medicamentos contra o câncer. Parte desse trabalho se concentrou em entender como as nanopartículas de ouro são filtradas pelos rins e eliminadas do corpo pela urina.
A pesquisa mostrou que as nanopartículas de ouro geralmente passam ilesas por uma estrutura no rim chamada glomérulo e depois viajam para os túbulos proximais, que compõem mais de 50% do rim. Demonstrou-se que as células epiteliais tubulares proximais internalizam as nanopartículas, que eventualmente escapam dessas células para serem excretadas na urina. Mas como eles escapam das células não está claro.
Em dezembro de 2021, Zheng e sua equipe de química – cientista pesquisador e principal autor do estudo Yingyu Huang PhD’20 e co-autor correspondente Dr. Mengxiao Yu, professor associado de pesquisa – estavam examinando nanopartículas de ouro em amostras de tecido tubular proximal usando um microscópio óptico , mas eles mudaram para um dos microscópios eletrônicos (EM) da Universidade para melhor resolução.
“Usando o EM, vimos nanopartículas de ouro encapsuladas em lisossomos dentro de grandes vesículas no lúmen, que é o espaço fora das células epiteliais”, disse Yu.
As vesículas são pequenos sacos cheios de líquido encontrados dentro e fora das células que transportam várias substâncias.
“Mas também observamos a formação dessas vesículas contendo nanopartículas e organelas fora das células, e não era algo que tínhamos visto antes”, disse Yu.
Os pesquisadores encontraram células tubulares proximais que formaram protuberâncias voltadas para fora em suas membranas luminais que continham não apenas nanopartículas de ouro, mas também lisossomos, mitocôndrias, retículo endoplasmático e outras organelas tipicamente confinadas ao interior de uma célula. O conteúdo extrusado foi então comprimido em uma vesícula que flutuou para o espaço extracelular.
“Naquele momento, sabíamos que era um fenômeno incomum”, disse Yu. “Este é um novo método para as células removerem o conteúdo celular.”
Um novo processo de renovação
O mecanismo de auto-renovação mediado por extrusão é fundamentalmente diferente de outros processos regenerativos conhecidos – como a divisão celular – e tarefas de limpeza doméstica como a exocitose. Na exocitose, substâncias estranhas, como nanopartículas, são encapsuladas em uma vesícula dentro da célula. Em seguida, a membrana da vesícula se funde com o interior da membrana da célula, que se abre para liberar o conteúdo para o exterior.
“O que descobrimos é totalmente diferente do entendimento anterior de como as células eliminam partículas. Não há fusão de membrana no processo de extrusão, que elimina o conteúdo antigo das células normais e permite que as células se atualizem com conteúdo novo”, disse Huang. “Acontece se as nanopartículas estranhas estão presentes ou não. É um processo intrínseco e proativo que essas células usam para sobreviver por mais tempo e funcionar adequadamente”.
Zheng disse que suas descobertas abrem novas áreas de estudo. Por exemplo, as células epiteliais, como as dos túbulos proximais, são encontradas em outros tecidos, como as paredes das artérias e no intestino e no trato digestivo.
“No campo da nanomedicina, queremos minimizar ao máximo o acúmulo de nanopartículas no corpo. Não queremos que elas fiquem presas nos rins, por isso é muito importante entender como as nanopartículas são eliminadas dos túbulos proximais, “Zheng disse. “Além disso, se pudéssemos aprender a regular ou monitorar esse processo de auto-renovação, poderíamos encontrar uma maneira de manter os rins saudáveis em pacientes com hipertensão ou diabetes.
“Se pudéssemos desenvolver maneiras de detectar a assinatura desse processo de forma não invasiva, talvez isso pudesse ser um indicador de doença renal precoce”.
A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (R01DK124881, R01DK115986, R01DK126140 e R01DK103363), pela National Science Foundation e pelo Cancer Prevention and Research Institute of Texas.