(PIXOLOGISTUDIO/Science Photo Library/Getty Images) Bis morgen um diese Zeit wird jeder Tropfen Blut in Ihrem Körper Ihre Nieren passiert haben Dutzende Male . Bei jedem Durchgang wird mit Abfall gesättigtes Wasser entfernt, um Urin zu bilden, und frisch gereinigtes Blut kehrt dann wieder in den Kreislauf zurück.
Wir könnten uns diese lebenswichtige Aufgabe als eine Art Zwangsfiltration vorstellen, die durch den pochenden Druck unseres Herzschlags angetrieben wird. Doch laut einer neuen Studie, die vom Johns-Hopkins-Maschinenbauingenieur Sean Sun mitverfasst wurde, ist diese Beschreibung nicht ganz so zutreffend, wie einst angenommen.
„Jeder hört, dass Nieren Blut filtern, aber konzeptionell ist das falsch“ sagt Sonne.
„Wir haben gezeigt, dass Nierenzellen Pumpen und keine Filter sind und Kräfte erzeugen.“
Es liegt auch nicht daran, dass uns diese seltsame mechanische Aktivität entgangen ist. Anatomen wissen um die Struktur der Niere und ihre Rolle bei der Produktion von Urin aus Blut seit dem 17. Jahrhundert .
Die Fähigkeit des Organs, die passive Osmosephysik mit der aktiven Umleitung verschiedener Chemikalien zu kombinieren, um die Salze, Abfallstoffe und das Wasser unseres Körpers auszugleichen, wurde ebenfalls ausführlich innerhalb und außerhalb des Körpers untersucht.
Doch jede Niere besteht aus kilometerlangen Kanälen und Röhrchen, die in einem Raum zusammengepfercht sind, der nicht größer als Ihre Faust ist, was möglicherweise zu seltsamen Rohrleitungen tief im Inneren führt.
Studien haben gezeigt, dass die Zellen, die diese Tubuli auskleiden, Veränderungen im hydrostatischen Druck wahrnehmen können. und sogar antworten ; Es ist jedoch nicht klar, wie oder ob diese Änderungen in irgendeiner Weise zurückwirken.
Es ist auch nicht einfach herauszufinden, wie Flüssigkeiten durch diese winzigen Rohre strömen. Jedes Experiment zur Untersuchung der hydraulischen Wirkung innerhalb einzelner Röhrchen würde eine ziemlich beeindruckende Technologie erfordern, um Streukräfte auszusortieren.
Genau das haben Sun und Kollegen aus den gesamten USA herausgefunden. Ihre mikrofluidische Nierenpumpe (MFKP) besteht aus gemusterten Blöcken und porösen Membranen, die eine Zellkultur enthalten können, die die Nierentubuli auskleidet.
Nachdem sich die Zellen an ihrem Platz festgesetzt hatten und einer Reihe von Tests auf elektrischen Widerstand und Durchlässigkeit unterzogen wurden, maßen die Forscher Druckschwankungen im Gewebe als Reaktion auf Flüssigkeitsspritzer aus einer Spritze.
Sie stellten fest, dass die Bewegung von Flüssigkeiten in der Nähe der Zellen entsprechend einem Anstieg des hydraulischen Drucks abnahm, der an einem Ende des Gewebes größer war als am anderen. So wie wir es erwarten würden, wenn die Tubuli wie eine Pumpe wirken würden.
Ein genauer Blick auf die Proteine, die die Zellen produzierten, ergab, dass kleine Änderungen im Druck der in das Gewebe eindringenden Flüssigkeiten die Anordnung der Ionenkanäle und ihrer Stützstruktur veränderten und so ihre Form und Funktion veränderten.
Für die meisten von uns bedeutet dies, dass sich Flüssigkeiten, die vom Blut in das Tubulusnetzwerk der Niere gelangen, teilweise unter der mechanischen Steuerung der Zellen selbst bewegen, was eine subtile neue Funktionsebene hinzufügt, die zur Erklärung einer Reihe von Nierenerkrankungen beitragen könnte.
Um zu sehen, wie sich dieses Verhalten in weniger funktionierenden Nieren entwickelt, verwendeten die Forscher Zellen von Personen mit der Nierenerkrankung autosomal-dominante polyzystische Nierenerkrankung (ADPKD).
In diesem Zustand kommt es aufgrund der Formänderung der Zellen, die die Nierentubuli auskleiden, häufig zur Bildung von Zysten, die das Gewebe verzerren und das Risiko von Nierensteinen und Harnwegsinfektionen erhöhen. Doch der Arbeit des Teams zufolge steckt hinter der Geschichte noch mehr. Die Forscher beobachteten, wie die Zellen umgekehrt pumpten, wobei der Druckgradient von einem Ende zum anderen umgedreht wurde.
Bei der von der FDA zugelassenen ADPKD-Behandlung Tolvaptan Auf die Zellen angewendet, wurden ihre Druckgradienten geglättet, was darauf hindeutet, dass das Medikament wirkt, indem es die Belastung des Gewebes verringert und dadurch die Geschwindigkeit verlangsamt, mit der sich Zysten bilden könnten.
Vor diesem Hintergrund ist es möglich, dass auch andere Gewebe über eigene Versionen eines mechanischen Pumpsystems verfügen, das den Flüssigkeitsdruck nach Bedarf anpasst. Sun und sein Team wollen ihr Gerät modifizieren, um andere Gewebe und Organe zu testen.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .