Cientistas da Universidade do Texas em Dallas descobriram um processo de “limpeza” até então desconhecido nas 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 da forma como se pensa que outros tecidos corporais se regeneram, ajuda a explicar como, salvo lesões ou doenças, os rins podem permanecer saudáveis ​​durante toda a vida. Os pesquisadores descreveram o mecanismo em um estudo publicado em 17 de abril na revista Nature Nanotechnology. .

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 – não se dividem para criar novas células. Em casos de lesão ou doença leve, as células renais têm capacidades de reparo limitadas, e as células-tronco renais 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 coautor correspondente do estudo.

"Na maioria dos cenários, se as células renais forem gravemente feridas, elas morrerão e não poderão se regenerar", disse Zheng, Cátedra Distinta em Ciências Naturais e Matemática. "Seu rim irá falhar mais cedo ou mais tarde. Esse é um grande desafio no manejo da saúde para doenças renais. Tudo o que podemos fazer atualmente é retardar a progressão para insuficiência renal. Não podemos reparar facilmente o órgão se ele estiver gravemente ferido ou por doença crônica.

"É por isso que a descoberta deste mecanismo de auto-renovação é provavelmente uma das descobertas mais significativas que fizemos até agora. Com excelentes instalações principais e pessoal dedicado, a UTD é um óptimo lugar para fazer investigação de ponta."

Mais pesquisas podem levar a melhorias na nanomedicina e à detecção precoce de doenças renais, disse ele.

Uma descoberta inesperada

Os pesquisadores disseram que a descoberta os pegou de surpresa.

Há 15 anos, Zheng investiga o uso biomédico de nanopartículas de ouro como agentes de imagem, para a compreensão fundamental da filtração glomerular, para a detecção precoce de doenças hepáticas e para a administração direcionada de medicamentos contra o câncer. Parte desse trabalho concentrou-se na compreensão de como as nanopartículas de ouro são filtradas pelos rins e eliminadas do corpo através da 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 constituem mais de 50% do rim. Foi demonstrado que as células epiteliais tubulares proximais internalizam as nanopartículas, que eventualmente escapam dessas células para serem excretadas na urina. Mas ainda não está claro como eles escapam das células.

Em dezembro de 2021, Zheng e sua equipe de química – cientista pesquisador e principal autor do estudo, Yingyu Huang Ph.D. '20 e o co-autor Dr. Mengxiao Yu, professor associado de pesquisa - estavam examinando nanopartículas de ouro em amostras de tecido tubular proximal usando um microscópio óptico, mas 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 isso não era algo que havíamos 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 normalmente confinadas ao interior de uma célula. O conteúdo extrudado foi então comprimido em uma vesícula que flutuou para o espaço extracelular.

“Naquele momento, sabíamos que este 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 de 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 celular, 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 membranas no processo de extrusão, o que elimina o conteúdo antigo das células normais e permite que as células se atualizem com conteúdos novos”, disse Huang. "Isso acontece quer nanopartículas estranhas estejam 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, células epiteliais, como as dos túbulos proximais, são encontradas em outros tecidos, como nas 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 como regular ou monitorar esse processo de auto-renovação, poderíamos encontrar uma maneira de manter os rins saudáveis ​​em pacientes com pressão alta ou diabetes.

“Se pudéssemos desenvolver formas de detectar a assinatura deste processo de forma não invasiva, talvez pudesse ser um indicador de doença renal precoce”.

Mais informações: Yingyu Huang et al, Túbulos proximais eliminam nanopartículas de ouro endocitadas através de um mecanismo de auto-renovação mediado por extrusão de organelas, Nanotecnologia da Natureza (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01366-7
Informações do diário: Nanotecnologia da Natureza

Fornecido pela Universidade do Texas em Dallas