Stato dell’arte
In condizioni normali, i reni eliminano i prodotti di scarto contenenti azoto, come urea, creatinina e ammoniaca, derivanti dalle normali attività metaboliche. I pazienti con danno renale acuto o malattia renale allo stadio terminale vengono tipicamente sottoposti a dialisi, una procedura invasiva che comporta un rischio di infezione e altre complicazioni.

Cosa aggiunge questo studio
Sono stati isolati in modelli murini tre ceppi di batteri intestinali che degradano l’urea e la creatinina e le riciclano in amminoacidi, senza produrre un accumulo tossico di ammoniaca.

Conclusioni
La somministrazione per via orale dei tre ceppi di batteri individuati attraverso microcapsule ingegnerizzate ha migliorato la sopravvivenza, ripristinato la funzione renale e ridotto l’accumulo di prodotti di scarto contenenti azoto in modelli animali con danno renale acuto e insufficienza renale cronica. Se questi dati saranno confermati e le tecnologie sviluppate, questo approccio potrebbe migliorare la qualità della vita e gli outcome nei pazienti in dialisi.

In condizioni fisiologiche, i reni sani filtrano il sangue e liberano l’organismo dai prodotti di scarto azotati, come l’urea, la creatinina e l’ammoniaca, derivanti dalle normali attività metaboliche. I pazienti con danno renale acuto o malattia renale allo stadio terminale devono essere tipicamente sottoposti alla dialisi.

Di recente, un gruppo di ricercatori ha identificato in modelli murini tre ceppi di batteri intestinali che lavorano assieme per degradare l’urea e la creatinina e riciclarli in amminoacidi senza un accumulo tossico di ammoniaca. 

Per testare questa attività hanno incapsulato i microbi in microsfere ingegnerizzate che garantiscono la vicinanza dei ceppi microbici e limitano l’accesso ai prodotti di scarto azotati.

I risultati dello studio, pubblicati su Nature Biomedical Engineering, dimostrano che, se somministrati per via orale in microcapsule ingegnerizzate, i ceppi microbici isolati migliorano la sopravvivenza, consentono di recuperare la funzione renale e riducono i prodotti di scarto azotati in modelli animali di danno renale acuto o insufficienza renale cronica.

L’ulteriore sviluppo di questo tipo di biotecnologia e il suo utilizzo nell’uomo potrebbe migliorare la qualità della vita e gli esiti nei pazienti in dialisi.

Insufficienza renale e dialisi

Finora le ricerche volte a individuare trattamenti per i pazienti con patologie renali si sono concentrate su soluzioni biotecnologiche e farmaci antiossidanti, ma le prime sono risultate invasive mentre i farmaci hanno prodotto risultati non ancora definitivi.

Lo sviluppo di un trattamento sicuro, efficace e non invasivo per ridurre la necessità di dialisi potrebbe diminuire anche la spesa sanitaria.

L’influenza del microbiota intestinale sulla salute dell’ospite è ben documentata e la facilità di manipolare le popolazioni microbiche intestinali con l’integrazione orale può rappresentare un’opzione terapeutica.

Batteri incapsulati metabolizzano l’azoto

Di-Wei Zheng e Pei Pan, insieme ai loro colleghi, hanno misurato in vitro l’attività metabolica del microbiota analizzando campioni fecali derivati ​​da quattro tipi di topi.

Sono stati così isolati due ceppi che hanno dimostrato un’elevata capacità di convertire l’urea e la creatinina, prodotti di scarto azotati, in ammoniaca. 

Poiché l’ammoniaca è altamente tossica, un terzo ceppo batterico in grado di convertire efficacemente l’ammoniaca in amminoacidi è stato combinato con gli altri due per formare una comunità microbica artificiale.

Per studiare in vivo l’attività metabolica dei tre ceppi microbici, i ricercatori hanno progettato un microecosistema batterico (BME) per incapsulare i batteri all’interno di microsfere con un nanofilm semipermeabile sulla superficie.

Le microsfere garantiscono la vicinanza dei ceppi microbici all’interno dell’ecosistema artificiale, consentendo ai batteri di svolgere la loro funzione in modo coesivo piuttosto che di colonizzare liberamente diverse regioni del tratto gastrointestinale dell’ospite. Il rivestimento in nanofilm permette l’ingresso nel BME solo a molecole di scarto azotate più piccole destinate alla degradazione.

Dopo aver testato il profilo di sicurezza, i ricercatori hanno somministrato il BME a topi e maialini nani con danno renale acuto indotto o insufficienza renale cronica.

Gli animali trattati con il BME hanno mostrato tassi di sopravvivenza più elevati e una clearance dell’urea ematica e della creatinina superiore rispetto agli animali trattati con dialisi peritoneale o con ceppi batterici liberi non incapsulati.

Tecniche di imaging hanno inoltre mostrato un rapido recupero della funzione renale nel gruppo di trattamento BME, mentre i gruppi di controllo e dialisi hanno mostrato una funzionalità renale compromessa.

Il gruppo in dialisi ha recuperato alcune funzioni renali nel tempo, ma ha mostrato alterazioni infiammatorie a livello della membrana peritoneale.

Conclusioni

Questo studio ha dimostrato che la somministrazione orale di tre ceppi batterici intestinali contenuti in microcapsule ingegnerizzate riduce il carico di lavoro sui reni danneggiati e prolunga la sopravvivenza degli animali senza effetti collaterali.

L’utilizzo di un sistema analogo nell’uomo potrebbe ridurre la necessità di ricorso alla dialisi nei pazienti con danno renale acuto o malattia renale allo stadio terminale, ma naturalmente questi dati andranno prima confermati in ulteriori studi.