Il rene svolge un ruolo fondamentale nell'eliminazione e nell'eliminazione di un'ampia gamma di xenobiotici, tossine e composti endogeni dal corpo. Ciò si ottiene filtrando il sangue per rimuovere i prodotti di scarto e regolando l'equilibrio elettrolitico, i livelli di liquidi e il pH. Ogni rene umano contiene circa un milione di nefroni, le unità strutturali e funzionali del rene1. All'interno di questi nefroni, le cellule epiteliali specializzate nei tubuli prossimali, note come cellule epiteliali dei tubuli prossimali (PTEC), sono responsabili del riassorbimento di molecole essenziali come glucosio, aminoacidi e ioni, nonché della secrezione di substrati farmacologici e sostanze potenzialmente tossiche nelle urine 2,3,4. In alcuni casi, i PTEC possono anche riassorbire i composti dall'urina nel flusso sanguigno4. A causa del loro ruolo critico nelle interazioni tra farmaci e tossine, i PTEC primari isolati da reni umani forniscono uno strumento prezioso per lo studio delle interazioni farmacologiche renali (DDI) e per la valutazione della nefrotossicità dei composti.
La nefrotossicità indotta da farmaci rappresenta una sfida clinica significativa, in quanto può portare a danno renale acuto e malattia renale cronica5. Pertanto, una comprensione più approfondita della fisiologia del tubulo prossimale renale è essenziale per prevedere e caratterizzare con precisione il potenziale nefrotossico di farmaci e tossine. I modelli tradizionali in vitro, comprese le linee cellulari renali immortalizzate (ad esempio, RPTEC-TERT1, HK-2), hanno limitazioni nell'imitare la complessa struttura e funzione dei tubuli prossimali umani6, che operano in presenza di un flusso laminare dinamico (con un basso numero di Reynolds) e di una matrice extracellulare uniforme (ECM) in vivo 7,8. Inoltre, i tradizionali modelli bidimensionali (2D) spesso non riescono ad esprimere funzionalmente i principali trasportatori renali (ad esempio, il trasportatore di anioni organici 1 e 3 (OAT1 e OAT3), il trasportatore di cationi organici 2 (OCT2)) a causa della rapida degradazione e internalizzazione di queste proteine 6,9,10,11 . I modelli animali, sebbene informativi, potrebbero non replicare completamente la fisiologia renale umana e spesso mancano di traducibilità a causa delle differenze di specie nell'espressione e nell'attività del trasportatore12. Ad esempio, mOct1 è espresso basolateralmente nei PTEC di topo, mentre nell'uomo, l'espressione proteica di membrana di OCT1 nel rene non è rilevabile13,14.
I progressi nei sistemi microfisiologici (MPS) e nelle tecnologie organ-on-a-chip hanno permesso ai ricercatori di sviluppare modelli in vitro che imitano da vicino l'architettura tridimensionale (3D) e le condizioni di flusso dinamico dei fluidi degli organi umani15. Il nostro gruppo ha precedentemente caratterizzato due modelli di MPS con PTEC16,17 e ha utilizzato questi modelli per condurre studi di tossicità 18,19,20 e prevedere con precisione la disposizione dei farmaci21. L'uso di PTEC primari in questi modelli offre vantaggi significativi grazie alla loro capacità di mantenere le caratteristiche funzionali osservate in vivo.
Qui, presentiamo i protocolli per l'isolamento dei PTEC umani da un rene umano intatto ottenuto da un donatore deceduto tramite un'organizzazione di approvvigionamento di organi approvata dalla United Network for Organ Sharing (UNOS) e l'applicazione di questi PTEC umani in coltura all'interno di una piattaforma MPS.