Исследователи только что обнаружили, что почки действуют на кровь иначе, чем мы думали раньше

Завтра к этому времени каждая капля крови в вашем теле пройдет через почки десятки раз. При каждом проходе вода, насыщенная отходами, удаляется, образуя мочу, а свежая очищенная кровь возвращается обратно в кровообращение.

Мы можем представить себе эту жизненно важную задачу как своего рода принудительную фильтрацию, которая осуществляется под давлением биения нашего сердца. Но, согласно новому исследованию, соавтором которого является инженер-механик Шон Сан из Университета Джона Хопкинса, это описание не так точно, как считалось раньше.

"Все слышали, что почки фильтруют кровь, но концептуально это неверно", - говорит Сун.

"Мы показали, что клетки почек - это насосы, а не фильтры, и они генерируют силы".

Мы не случайно пропустили эту необычную механическую активность. Анатомы знали о строении почки и ее роли в производстве мочи из крови еще в 17 веке.

Способность этого органа сочетать пассивную физику осмоса с активным перемещением различных химических веществ для поддержания баланса солей, отходов и воды в нашем организме также была подробно изучена как внутри, так и вне тела.

Однако каждая почка состоит из километров каналов и канальцев, помещающихся в пространстве размером не больше вашего кулака, что может привести к странному водопроводу в глубине организма.

Исследования показали, что клетки, выстилающие эти канальцы, могут ощущать изменения гидростатического давления и даже реагировать на них; однако неясно, каким образом и даже могут ли эти изменения каким-то образом отталкиваться.

Выяснить, как жидкости движутся по этим маленьким трубочкам, тоже нелегко. Любой эксперимент по изучению гидравлики внутри отдельных канальцев потребует довольно впечатляющей технологии для отсеивания паразитных сил.

Именно это и придумали Сун и его коллеги из США. Их микрофлюидический почечный насос (MFKP) состоит из узорчатых блоков и пористых мембран, способных содержать культуру клеток, выстилающих почечные канальцы.

После того, как клетки прижились и были подвергнуты ряду тестов на электрическое сопротивление и проницаемость, исследователи измерили изменения давления в ткани в ответ на струи жидкости из шприца.

Они заметили, что движение жидкости вблизи клеток уменьшалось в соответствии с ростом гидравлического давления, которое было больше на одном конце ткани, чем на другом. Именно этого мы и ожидали, если бы канальцы действовали как насос.

Внимательное изучение белков, которые вырабатывали клетки, показало, что небольшие изменения в давлении жидкостей, поступающих в ткани, меняли расположение ионных каналов и поддерживающих их структур, изменяя их форму и функции.

Для большинства из нас это означает, что жидкости, проходящие из крови в сеть канальцев почек, частично движутся под механическим руководством самих клеток, добавляя новый тонкий уровень работы, который может помочь объяснить целый ряд почечных расстройств.

Чтобы увидеть, как это поведение разворачивается в менее функциональных почках, исследователи использовали клетки, взятые у людей с почечным расстройством - аутосомно-доминантной поликистозной болезнью почек, или АДПКД.

При этом заболевании, благодаря тому, как клетки, выстилающие почечные канальцы, меняют свою форму, обычно образуются кисты, которые деформируют ткань и повышают риск образования камней в почках и инфекций мочевыводящих путей. Но, согласно результатам работы команды, это еще не все. Исследователи наблюдали, как клетки перекачивают воду в обратном направлении, при этом градиент давления менялся от одного конца к другому.

Когда к клеткам был применен одобренный FDA препарат тольваптан для лечения АДПКД, градиент давления выровнялся, что позволяет предположить, что препарат действует, снижая нагрузку на ткани и тем самым замедляя скорость образования кист.

Учитывая это, можно предположить, что другие ткани также могут иметь свои собственные версии механической насосной системы, регулирующей давление жидкости по своему усмотрению. Сун и его команда намерены модифицировать свое устройство для тестирования других тканей и органов.

Данное исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.