芯片上的肾小球,原来干细胞还可以这么玩儿

肾脏是人体非常重要的代谢器官,执行着过滤血液的作用,将一些不需要的废物以尿液的形式排出。肾小球是肾脏中基本的过滤单元,人工建造这种“肾小球”模型是一件非常有挑战的事情。来自哈佛大学的科学家们解决了这一挑战,他们率先在器官单芯片技术中,实现了第一个体外人类肾小球模型的工程化。研究发表在了《Nature Biomedical Engineering》上。

肾小球的独特过滤功能来自于独特的结构细胞。肾小球内有三种固有细胞:系膜细胞、内皮细胞、足细胞。足细胞(podocyte)是位于肾小球毛细血管基底膜外侧的脏层上皮细胞,因其胞浆在基底膜表面形成伪足样突起而得名。足细胞的长足突环绕着毛细血管,足突之间的裂孔膜是肾小球滤过的最后一道屏障,阻断蛋白质、红血球、血小板等大分子,允许小分子如水分、盐类及糖类以及其他类型的代谢废弃物通过,进一步形成尿液。

足细胞很容易被药物所损伤,因而对于以肾脏疾病为目标的研究来说,意义重大。想要建立一个肾小球的模型,深入探测其功能,或者用于进行药物的肾功能安全性评价,足细胞一个非常好的切入点。由于足细胞较为脆弱,在很长的时间里,科学家们一直试图通过干细胞来使这种足细胞能够工程化,但是,成熟的能够工程化的足细胞群此前一直难以获得。

来自哈佛大学威斯研究所的Donald Ingber博士实现了这一突破,他的团队将人类诱导的多功能干细胞(iPS)分化成成熟的足细胞,有效率可以超过90%。成熟的工程化的足细胞是肾小球芯片的重要前提。最初,研究人员尝试用生物材料来促进细胞系的功能化,但是失败了。之后他们开始转变思路,不再是仅仅添加可溶性因子,而是将细胞外基质(ECM)的关键作用考虑在内,不仅如此,研究人员还考虑到了肾小球中的特殊环境,指导细胞和组织分化的机械力在其中也有重要的作用。


人类干细胞衍生的成熟足细胞的扫描电子显微照片(图片来源:哈佛大学威斯研究所)

研究的第一作者Samira Musah表示,“我们的方法不仅使用了指导胚胎肾发育的可溶性因子,而且通过细胞外基质组分对干细胞进行生长和分化,这些组分在肾小球血液分离的膜上和泌尿系统中也含有,我们更加密切的模仿足细胞被诱导和成熟的自然环境。”



微流体器官芯片装置(图片来源:《Nature Biomedical Engineering》)

研究人员成功的在微流体控制芯片上诱导了这样的分化过程。这个微流体系统与活体肾小球的横截面很相似,它由光学透明的、柔性的聚合物材料组成。在芯片上两个相对应的微流体通道由一个多孔的、细胞外基质包被的膜所分隔,对应肾脏的肾小球基底膜。在膜所面对的一个通道中,研究人员培养了肾小球内皮细胞以模拟肾小球的微循环。在膜的另一侧通道内,iPS细胞培养代表了肾小球的尿室。在这里,iPS细胞被诱导成为一层成熟的足细胞,其延长的足突穿过膜孔并与对侧的内皮细胞相接触。研究人员没有选择传统的细胞培养方式,而是通过应用周期性循环吸,以每秒一次的频率,模拟真实肾小球由于心脏泵血而产生的律动变形,从而极高的模仿了真实的足细胞诱导环境,实现了非常好的成熟率。


微流体器官芯片装置膜一侧的iPS诱导的成熟足细胞的足突穿过膜与对侧肾小球内皮细胞相接触(图片来源:Nature Biomedical Engineering)

对于未来这一模型的应用潜力,研究的第一作者Samira Musah谈道,我希望我们的发现和研究战略在未来的生物医学应用中,可以帮助工程师们开发更先进的人体器官模型。我为这个工作感到骄傲,因为它展现了在尝试对抗在生物学和医学复杂挑战的时候,多学科研究的强大力量。目前,我们正在运用这种方法来研究肾脏疾病的机制,创造替代动物模型用于治疗方案的开发。由于在许多肾脏疾病中肾小球足细胞已损坏或丧失,人类的iPS 来源的足细胞也有望用于相关疾病的细胞治疗和再生医学。

这对于由于疾病和衰老导致肾脏问题的患者来说,是一个全新的希望。

参考资料

[1] Instructing stem cells to help form ahuman kidney glomerulus-on-a-chip

[2] Mature induced-pluripotent-stem-cell-derivedhuman podocytes reconstitute kidney glomerular-capillary-wall function on achip

[3] Engineering human stem cells to modelthe kidney’s filtration barrier on a chip

来源:康健新视野(微信号 HealthHorizon)

为你推荐

海博特完成B+轮融资资讯

海博特完成B+轮融资

医谷网讯,近日,广州海博特医药科技有限公司(下称“海博特”)完成B+轮融资,融资金额7006万元。本轮融资由远东宏信集团旗下远翼投资领投,广州健康产投、万联广生、荔湾广药...

2026-10-19 17:41

减重版司美格鲁肽获批48小时常温配送资讯

减重版司美格鲁肽获批48小时常温配送

在分发给患者的过程中,首次开启前,诺和盈®可在2°C–30°C的温度下储存最长48小时。

2026-10-19 17:06

华东医药DR10624入选AASLD最新突破摘要资讯

华东医药DR10624入选AASLD最新突破摘要

用于治疗代谢相关脂肪性肝病(MASLD) 代谢相关脂肪性肝炎(MASH)的Ⅱ期临床研究

2026-10-19 16:45

In vivo 三特异性 TCE 获批 IND资讯

In vivo 三特异性 TCE 获批 IND

近日,据 CDE 官网公示,剂泰科技 MTS109 注射液已获临床试验默示许可,拟用于治疗系统性红斑狼疮。

2026-10-19 16:19

化学仿制药采用辐照灭菌工艺的相关要求资讯

化学仿制药采用辐照灭菌工艺的相关要求

若原研药品采用辐照灭菌工艺,且经综合评估确认其他灭菌方式无法达到相应的无菌保障水平,仿制药可考虑采用辐照灭菌工艺生产,如自身不具备辐照灭菌生产条件的,可以委托其他企...

2026-10-19 15:46

一款老花眼滴眼液再获批资讯

一款老花眼滴眼液再获批

10月16日,Opus Genetics与Viatris(晖致)共同宣布MR-141(Nyxol,0 75%酚妥拉明滴眼液)获得FDA批准用于治疗老视,即老花眼。

2026-10-19 11:28

四家企业被取消高值医用耗材国采中选资格资讯

四家企业被取消高值医用耗材国采中选资格

10月16日,国家组织高值医用耗材联合采购办公室发布公告,取消4家企业国家组织高值医用耗材集中带量采购中选资格。

2026-10-19 10:14

三星生物收购瑞士PolyPeptide基本落地,成韩国制药业最大并购案资讯

三星生物收购瑞士PolyPeptide基本落地,成韩国制药业最大并购案

根据三星生物此前披露的信息,交易股权价值约14 6亿瑞郎,折合人民币约122 4亿元。

2026-10-19 09:16

泰格医药实控人被分别处以50万元罚款资讯

泰格医药实控人被分别处以50万元罚款

10月16日,泰格医药发布公告称,公司实际控制人叶小平、曹晓春收到浙江证监局出具的《行政处罚决定书》([2026]38号)。因涉嫌信息披露违法,浙江监管局决定对叶小平、曹晓春给...

2026-10-18 17:54

康诺亚这款药 2026 年销售额有望突破10亿元,前三季度同比增长 227%资讯

康诺亚这款药 2026 年销售额有望突破10亿元,前三季度同比增长 227%

10月16日,康诺亚-B(02162 HK,下称“康诺亚”)发布内幕消息公告,核心产品康悦达(司普奇拜单抗,IL-4Rα单抗)2026年前三季度销售收入约6 6亿元,同比大增227%。

2026-10-18 17:28

三部门联合印发《关于进一步完善价格形成机制 推动普惠养老服务提质扩面的指导意见》,公立医疗卫生机构举办的养老机构属于普惠支持型养老机构资讯

三部门联合印发《关于进一步完善价格形成机制 推动普惠养老服务提质扩面的指导意见》,公立医疗卫生机构举办的养老机构属于普惠支持型养老机构

10月16日,国家发展改革委、民政部、国家卫生健康委出台《关于进一步完善价格形成机制 推动普惠养老服务提质扩面的指导意见》。进一步规范养老机构收费服务等工作。

2026-10-17 10:54

细胞和基因治疗、小核酸药、人工智能相关技术拟增加至《中国禁止出口限制出口技术目录》资讯

细胞和基因治疗、小核酸药、人工智能相关技术拟增加至《中国禁止出口限制出口技术目录》

现行《目录》中已有部分生物医药技术,此次拟增列病原微生物、细胞和基因治疗、小核酸药相关5项技术。

2026-10-16 17:32

蚂蚁阿福、支付宝AI支付入选《时代》全球年度最佳发明榜单资讯

蚂蚁阿福、支付宝AI支付入选《时代》全球年度最佳发明榜单

北京时间10月15日晚,美国《时代》周刊揭晓了2026年度全球最佳发明榜单,蚂蚁集团旗下健康AI应用蚂蚁阿福、支付宝AI支付双双入选。

2026-10-16 13:12

中牧股份7.27亿元收购两家企业资讯

中牧股份7.27亿元收购两家企业

10月14日,中牧股份发布公告,公司董事会同意公司以自有和自筹资金通过公开摘牌的方式收购中核铀业有限责任公司持有的河北圣雪大成制药有限责任公司51%股权以及中核铀业与其他转...

2026-10-16 13:00

CDE:如仿制药企业作出1类、2类专利声明,原研药方有异议的,如何处理?  资讯

CDE:如仿制药企业作出1类、2类专利声明,原研药方有异议的,如何处理?

仿制药申请人应当对专利声明的真实性、准确性负责。仿制药企业在作出2类专利声明时,应提供相应的证明文件,包括专利被无效的证明文件、获得专利授权的文件、专利期届满的证明文...

2026-10-16 10:54

传奇生物双靶点 CD19/CD20 in vivo CAR-T 获 FDA IND 许可资讯

传奇生物双靶点 CD19/CD20 in vivo CAR-T 获 FDA IND 许可

10月15日,传奇生物宣布,美国食品药品监督管理局(FDA)已许可LB2501的新药临床试验(IND)申请。

2026-10-16 09:27

​特医食品、医用动力外骨骼机器人被纳入白名单,可医保定点零售药店职工医保个人账户支付购买资讯

​特医食品、医用动力外骨骼机器人被纳入白名单,可医保定点零售药店职工医保个人账户支付购买

近日,云南省医保局印发《云南省医疗保障局办公室关于建立定点零售药店职工医保个人账户支付白名单制度的通知》,落地职工医保个人账户定点零售药店支付白名单管理要求。

2026-10-15 21:02

联亚药业今日登陆创业板资讯

联亚药业今日登陆创业板

联亚药业成立于2005年,总部在江苏南通,主营药物制剂的研发、生产和销售,产品主要为缓控释制剂和低剂量药物制剂两大类仿制药。

2026-10-15 16:54

CDE:阻塞性睡眠呼吸暂停治疗药物临床试验技术指导原则资讯

CDE:阻塞性睡眠呼吸暂停治疗药物临床试验技术指导原则

阻塞性睡眠呼吸暂停( OSA),又称阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征( OSAHS),是一种以睡眠期间上气道反复塌陷、阻塞为特征的睡眠呼吸障碍性疾病。

2026-10-15 15:17

传奇生物CAR-T产品Carvykti2026前三季度销售额19.64亿美元资讯

传奇生物CAR-T产品Carvykti2026前三季度销售额19.64亿美元

强生在财报电话会中表示,CARVYKTI 增长主要得益于前线治疗适应症的拓展,以及全球更多治疗中心落地,目前该产品已覆盖 20 余个国家和地区,在美国市场,Carvykti的使用量大...

2026-10-15 13:39