Il trapianto di rene è il trattamento ottimale per la malattia renale allo stadio terminale 1,2,3,4; Tuttavia, i reni trapiantati vengono spesso persi prematuramente, con una perdita di trapianto fino al 50% a 10 anni dopo il trapianto5. I pazienti affetti hanno un aumento della morbilità e della mortalità e rappresentano un grave onere economico per i sistemi sanitari6. Una delle principali cause di perdita prematura del trapianto è la lesione subita dal trapianto al momento del trapianto, nota come lesione da ischemia-riperfusione (IRI). L'IRI è una lesione inevitabile causata da una diminuzione del flusso sanguigno, seguita da riperfusione7. L'ischemia è caratterizzata dall'accumulo di succinato tissutale, che guida il flusso inverso di elettroni nella catena respiratoria mitocondriale, portando alla produzione di superossido e alla conseguente lesione precoce dopo la riperfusione8. L'IRI negli organi trapiantati aumenta il rischio di non funzione primaria, funzione ritardata del trapianto (DGF), rigetto ed esiti inferiori del trapianto 8,9. La DGF, definita come la necessità di dialisi nella prima settimana dopo il trapianto9, è una manifestazione di IRI10 grave. Istologicamente, la DGF associata a IRI si manifesta come necrosi tubulare acuta (ATN) e lesione della microvascolarizzazione. Dal punto di vista funzionale, vi è una diminuzione della velocità di filtrazione glomerulare (GFR) e della produzione di urina, caratteristiche del danno renale acuto (AKI) nell'allotrapianto11. Nonostante la sua importanza, attualmente non esistono trattamenti per l'AKI post-trapianto associata a ischemia e riperfusione. La mancanza di trattamenti deriva da una comprensione incompleta dei meccanismi della malattia e dalla mancanza di marcatori per identificare i pazienti a più alto rischio di disfunzione del trapianto durante i punti temporali critici in cui la lesione può essere reversibile12.
Prove crescenti suggeriscono che l'alterato metabolismo energetico nell'allotrapianto media l'AKI e può essere alla base di DGF 13,14,15. Le cellule renali generano energia attraverso due meccanismi principali: la respirazione mitocondriale e la glicolisi16. Nell'IRI, la riperfusione provoca disfunzione mitocondriale17. Di conseguenza, la glicolisi diventa la principale fonte di energia 13,18,19,20. Lo spostamento metabolico nell'IRI promuove la morte delle cellule endoteliali tubulari e microvascolari, portando all'AKI 21,22,23,24. In un lavoro precedente, l'ATN era associato ad un aumento dell'espressione di enzimi glicolitici e ad alterati livelli di proteine mitocondriali25, in linea con IRI nel trapianto13,18. Inoltre, in un modello di autotrapianto di rene suino, l'ischemia seguita da conservazione a freddo ha portato a una riduzione dei livelli di proteine mitocondriali renali e a un aumento dell'escrezione di lattato26. Nel complesso, questi risultati consolidano l'importanza clinica del monitoraggio del fenotipo metabolico degli allotrapianti renali, anche prima del trapianto, poiché le caratteristiche metaboliche basali nell'allotrapianto possono essere predittive della disfunzione dell'allotrapianto27.
Sono stati sviluppati modelli di previsione clinica del rischio a breve termine di rigetto e perdita dell'allotrapianto 28,29. Tuttavia, questi modelli mancano di precisione e non considerano le caratteristiche molecolari dell'innesto 30,31,32. Studi recenti miravano a rispondere a questo bisogno insoddisfatto attraverso l'identificazione di modelli molecolari a livello tissutale associati a risultati inferiori del trapianto, come la disfunzione dell'allotrapianto e il rigetto 13,14,15,25,33,34. Questi studi si basano su misurazioni molecolari allo stato stazionario al gene 33,34,35, alla proteina25,26 e al livello del metabolita13,14, lasciando un quadro incompleto del fenotipo metabolico dell'allotrapianto. Questa lacuna nelle conoscenze è in parte dovuta all'incapacità di misurare la funzione metabolica e lo stato energetico dei campioni derivati dai reni in un particolare momento. È giustificato lo sviluppo di un protocollo standardizzato per determinare il fenotipo metabolico delle cellule renali derivate dalla biopsia, che può potenzialmente essere tradotto nello studio di campioni di pazienti. Questo articolo descrive un flusso di lavoro unico per valutare la respirazione mitocondriale (mediante il tasso di consumo di ossigeno), la glicolisi (tasso di acidificazione extracellulare) e i livelli intracellulari di ATP nelle sospensioni di cellule renali derivate da biopsia. La metodologia è stata ottimizzata utilizzando nuclei bioptici di suini maschi adulti sani. Per facilitare la futura implementazione clinica, i nuclei bioptici sono stati ottenuti utilizzando un ago da 18 G, come nei protocolli clinici standard di campionamento del trapianto renale36,37. Infine, l'utilità dell'implementazione del protocollo in condizioni sperimentali discriminanti è stata convalidata in un modello suino di auto-trapianto.