לפי המצפה העולמי לתרומה והשתלות, השתלות כליה מהוות כ-60%-65% מכלל השתלות האיברים המוצקים בעולם, כאשר מספר ההליכים שבוצעו בשנת 2023 גבוה פי שלושה מזה של השתלות כבד, כאשר האחרון הוא הסוג השני בשכיחתו. ב-61% מההשתלות שבוצעו באותה שנה, האיבר נוצר מתורמיםנפטרים 1, מה שדורש תקופת שימור ארוכה יותר בהשוואה להשתלות מתורמים חיים, שבהן זמן ההמתנה קצר משמעותית2. במהלך תקופת השימור הזו, הכליות נשמרות בדרך כלל באמצעות אחסון קר סטטי במטרה להאט את חילוף החומרים התאי, מה שמפחית את דרישת החמצן והאנרגיה וכך מגביל את הפציעה האיסכמית3. עם זאת, אחסון קר סטטי מספק הגנה חלקית בלבד, שכן הוא אינו יכול לתמוך במלואו במטבוליזם תאי או באספקת חמצן, מה שמוביל להפרעה מטבולית מתקדמת במהלך השימור 4,5. לחילופין, שימור נורתרמי אקס ויבו הפך לאסטרטגיה ישימה לשמירה על האיבר בטמפרטורה כמעט פיזיולוגית, ובכך לתמוך במטבוליזם תאי ובחמצון, ובכך להפחתת פגיעת איסכמיה-רפורוזיה (IRI)6.
עם זאת, במהלך השתלת כליה, פגיעה חריפה בכליה (AKI) הנגרמת מ-IRI היא תוצאה בלתי נמנעת. IRI נגרם מהפסקת זרימת הדם דרך האיבר, מה שמוביל לחוסר איזון בין היצע וביקוש לחמצן ולחומרים מזינים7. תהליך זה משפיע ישירות על תפקוד הכליה המושתלת, ומעלה את הסיכון לדחייה חריפה ולהפחתת תפקוד השתל לטווח ארוך 8,9.
PTECs - הנפוצים במיוחד בקורטקס הכלייתי - פגיעים במיוחד ל-IRI. תאים אלו מהווים כ-60%-70% מהאפיתל הצינורי ואחראים לספיגה מחדש של רוב הסינון הגלומרולרי, כולל מים, יונים, גלוקוז וחומצות אמינו. הפעילות המטבולית הגבוהה שלהם נתמכת על ידי רשת מיטוכונדריאלית נרחבת כדי לעמוד בדרישות ההובלה התלויות ב-ATP11. כתוצאה מכך, הם רגישים מאוד להפרעות מטבוליות, כגון מחסור בחמצן ותפקוד לקוי של המיטוכונדריה, שניהם תכונות מרכזיות של IRI12.
במהלך IRI, מחסור בחמצן משבש את הפוספורילציה החמצונית של המיטוכונדריה, מה שמוביל לדלדול ATP ולפגיעה בתפקוד הספיגה13,14. דבר זה מתחיל מעבר מטבולי מחמצון חומצות שומן (FAO) לגליקוליזה אנאירובית והפעלת מסלול הפנטוז פוספט, שלמרות שהוא מגן זמנית, אינו מספיק כדי לעמוד במלואו בדרישות האנרגטיות והחימצוןשל תאים אלו. אם הדיכוי של FAO נמשך בשלב התיקון, הצטברות שומנים16 וטוקסיות שומן17, מה שפוגע בתאים ופוגע ביכולת ההתחדשות שלהם18. מצב מטבולי לא מסתגל זה עלול בסופו של דבר לגרום לניוון צינורות, לפיברוזיס אינטרסטיאלי ולהתקדמות למחלת כליות כרונית19.
פגיעה מטבולית זו, הנגרמת על ידי פגום ב-FAO, פוגעת ביכולת לעמוד בדרישות האנרגטיות הגבוהות של צינור הכליה17,19. הדלדול ה-ATP והצטברות השומנים שנוצרים מקדמים תפקוד לקוי של מיטוכונדריה ויצירת מיני חמצן תגובתי, שמפעילים אותות פרו-דלקתיים וחדירת לויקוציטים 20,21,22. דלקת מתמשכת ופגיעות חמצוניות מערערות את יציבות שלמות המיטוכונדריה, מגבירה כשל אנרגטי ולבסוף גורמת למוות אפופטוטי ותאי נקרוטי23,24. במהלך שלב הפציעה החריף הזה, סמנים ביולוגיים מסוימים כגון מולקולת פגיעת הכליה 1 (KIM-1) וליפוקלין נויטרופילי ג'לטינאז (NGAL) מווסתים, ומשמשים כאינדיקטורים רגישים לנזק צינורי פרוקסימלי ול-AKI25 מוקדם.
לאחר פציעה חריפה, מנגנוני תיקון לא מסתגלים מקדמים הצטברות מטריצה חוץ-תאית מופרזת, סימן ההיכר של פיברוזיס כליה26. מבין רכיבי המטריצה החוץ-תאית, קולגן, במיוחד קולגן מסוג I (מקודד על ידי גן Col1a1), מצטבר במרחב הבין-תאי ותורם לניוון הצינורות ולאובדן הפרנכימה התפקודית27. שינוי פיברוטי זה מונע בעיקר על ידי הזדקנות צינורית ומעבר אפיתל למזנכימלי חלקי (pEMT) בתאי אפיתל צינוריים, מה שמוביל בסופו של דבר לירידה בתפקוד הכליות 28,29,30. הופעת pEMT כלייתי ופיברוזיס מסייעת בהתקדמות מ-AKI למחלת כליות כרונית (CKD), מה שמוביל לאובדן בלתי הפיך של תפקוד הכליה ולפגיעה בהישרדות השתל31,32.
בפרוטוקול זה, אנו מתארים מודל במבחנה של פגיעת H/R המשתמש בתאי אפיתל צינוריים פרוקסימליים (IM-PTECs) שהונצחו על ידי עכבר SV40, שנחשפו לתנאי H/R מבוקרים. רוב המחקרים הפרה-קליניים על IRI כלייתי הסתמכו באופן מסורתי על מודלים של בעלי חיים, המשכפלים את התגובות הוסקולריות והחיסוניות המורכבות של הכליה, אך כרוכים בעלויות גבוהות יותר, חששות אתיים ושונות ביולוגית גבוהה בהרבה 33,34. מגבלות אלו האטו את התפתחות מערכות משלימות מבוססות תאים, הרלוונטיות למחקרים מכניים מפורטים ובעלי תפוקה גבוהה. מערכת ניסויית זו מאפשרת סימולציה שחזורית של מחסור בחמצן ושיקום, המדמה תכונות מרכזיות של IRI שנצפו בכליות מושתלות. המודל משמש ככלי חשוב לחקר המנגנונים התאיים והמולקולריים העומדים בבסיס פגיעה צינורית, ביטוי סמנים ביולוגיים ותגובות פיברוטיות בסביבה מבוקרת. יתרה מזאת, היא מספקת פלטפורמה רלוונטית לסינון והערכת אסטרטגיות טיפוליות פוטנציאליות שמטרתן למנוע או להפחית נזק איסכמי ולשפר תוצאות לאחר השתלה.