Основната функция на бъбреците е да филтрират и пречистват кръвта от водоразтворими отпадни продукти от обмяната на веществата в организма. Близо 90 литра кръв преминават през бъбрека всеки ден и в резултат на филтрацията се образуват около 2 литра урина. Това е сложен процес, който се регулира на много нива и в който са въвлечени високоспециализирани клетъчни и извънклетъчни структури.
Какво точно представлява филтърът на бъбрека? Основните функционални единици на бъбрека се наричат нефрони – всеки човешки бъбрек съдържа около 1 милион нефрона. От своя страна нефронът е изграден от гломерула и система от каналчета за отвеждане на филтрираната течност. Самата филтрация на кръвта става именно в гломерулите – малки образования, с комплексна структура, разположени в кората на бъбрека. Бъбречният филтър има няколко нива. Кръвта достига до гломерулите по кръвоносен съд, от където се процежда през пори между клетките на стените на съдовете. Самият съд е обграден с високо организирана извънклетъчна структура, т. нар. базална мембрана – второто ниво на бъбречния филтър. Базалната мембрана е изградена от различни молекули, но главна роля има колагена от тип IV, който образува мрежеста структура, придаваща стабилност и пореста структура на мембраната Порите на тази мембрана са достатъчно малко, за да попречат на преминаването на клетки от кръвта в урината. От другата страна на мембраната са разположени високоспециализирани бъбречни клетки наречени подоцити. По своя външен вид подоцитите приличат много на нервни клетки – малко клетъчно тяло с множество израстъци, крачета, които обгръщат базалната мембрана. Между две съседни крачета, прилепени до базалната мембрана се образува процеп, със сложна молекулярна организация, който „спира” преминаването на по-големите молекули на кръвта, каквито са например белтъците.
Съществуването на всички тези прегради и тяхната цялост определят способността на бъбрека да отдели водноразтворимите ниско молекулни отпадни продукти от важните за организма кръвни клетки и белтъчни молекули. Ако в структурата и функцията на този сложен филтър настъпят промени в резултат на инфекциозно или наследствено заболяване, филтрацията се нарушава – в урината започват да попадат белтъчни молекули, нужни на организма (т. нар. протеинурия), а понякога дори цели кръвни клетки (хематурия). В редица случаи това води до пълно нарушаване на бъбречната функция и животът на пациентите се поддържа с диализа.
Едно от заболяванията, които засягат бъбречната функция е т. нар. Алпорт синдром – наследствено заболяване, при което организмът не може да образува колаген тип IV. Това е тежко заболяване, което води до нарушаване на бъбречната функция още преди навършване на 20 годишна възраст. Алпорт пациентите са принудени да разчитат на диализа за поддържане на нормални жизнени функции на организма тъй като бъбречната трансплантация при тях е почти винаги неуспешна – факт, който се отразява негативно на качеството на живота. В опита си да помогнат на пациентите с това тежко, прогресиращо заболяване, група учени от медицинския институт Харвард насочили вниманието си към стволовите клетки в костния мозък. Авторите на изследването, Хикару Сугимото и Томас Мундел, базирали работата си на предишни разработки, показващи, че клетки от костния мозък са в състояние да се придвижат в бъбрека и да дадат началото на нови подоцити – един от видовете клетки в гломерулите, които синтезират колаген тип IV. Учените използували за модел в изследването си генетично модифицирани мишки, които не са в състояние да синтезират колаген тип IV и които развиват симптоми, подобни на тези наблюдавани при Алпорт пациентите. Те заменили костния мозък на мишките с друг такъв, съдържащ „здрави” гени за липсващия вид колаген. За да облекчат анализа, клетките, използувани при трансплантацията били белязани с багрило. Анализът на третираните животни показал, че само 13 седмици след костномозъчната трансплантацията 10% от клетките в гломерулите на болните животни били белязани, т.е. произхождали от трансплантираните костномозъчни клетки и съответно носели функциониращ ген за колаген тип IV. Част от белязаните клетки били именно подоцитите, които участвуват в синтезирането на колагена и изграждането на базалната мембрана на гломерулите. Най-впечатляващ бил фактът, че здравите клетки започнали да отделят колаген, което довело да значително подобряване на бъбречетата функция при третираните животни – протеинурията намаляла със 70-80%, а количеството на токсичния отпаден продукт урея в кръвта станало с 86% по-малко. Изследването на американците бе публикувано в интернет изданието на бюлетина на Академията на Науките на САЩ. Макар Сугимото, Мундел и техните колеги от лабораторията на професор Калури от Харвард, да не са наясно как точно клетките от костния мозък достигат до бъбрека и допринасят за появата на здрави бъбречни клетки, учените се надяват, че тяхната разработка ще доведе до революционни промени в областта на нефрологията и ще облекчи живота на милиони хора, разчитащи на диализа.