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

拓新天成完成近4000万美元B轮融资,加速推进多个实体瘤免疫疗法开发
本轮募集资金将主要用于支持公司核心管线TX-103的中美临床开发,其他管线项目的研发,全球团队拓展,以及加速公司国际化战略布局和推进BD合作。
2025-07-15 16:41

云顶新耀EVM14临床试验申请获国家药监局受理,mRNA平台迎来“中美双报”里程碑
EVM14注射液是一款靶向5个肿瘤相关抗原的通用型的现货肿瘤治疗性疫苗,拟用于鳞状非小细胞肺癌、头颈鳞癌等瘤种的治疗
2025-07-15 13:15

比进口便宜约40%,国产九价HPV疫苗定价披露
近日,万泰生物旗下国产九价HPV疫苗定价正式公布,为499元 支,对比默沙东进口九价HPV疫苗价格约为1318元 支的价格,便宜了约40%。
2025-07-15 09:48

2024年全国医疗保障事业发展统计公报
截至2024年底,全国基本医疗保险参保132662 08万人,参保率巩固在95%。2024年全国基本医疗保险(含生育保险)基金总收入34913 37亿元,基金总支出29764 03亿元。统筹基金当期...
2025-07-14 16:33

丹纳赫集团与正序生物合作开发基因编辑创新疗法工艺平台,为基因遗传疾病的治疗提供新途径
此次Danaher Beacon项目致力于开发基于脂质纳米颗粒递送的基因编辑创新疗法全流程工艺技术平台
2025-07-14 16:16

2名患者使用康方生物临床研究抗癌药,官方披露调查结果
今年6月,康方生物因“流入市场的临床试验抗癌药”引发舆论风波,昨日(7月13日),重庆市药监局在其官网发布了对于该事件的调查核实情况的通报。
2025-07-14 09:37

云南省集采药品“三进”实施方案
对符合规范且实际配备集采药品品种数较多(零售药店达到50种,民营综合型三级医院达到80种,其他民营医院达到50种)的定点民营医院或定点零售药店,可由当地医保部门明确为“集...
2025-07-13 20:36

抢 “先” 一步!澳门引入新药Sotatercept治疗肺动脉高压
澳门镜湖医院于7月5日成功举办“肺动脉高压治疗新进展”学术研讨会。会上,镜湖医院方面介绍,肺动脉高压是一种严重的进展性疾病,传统治疗方法主要在于延缓病情恶化。
2025-07-12 14:03

爱尔康逐光2025CSCRS:深耕中国三十载,加速践行创新可及
爱尔康于近日在大连举办的中华医学会第二十五届白内障及屈光手术学术会议(CSCRS)上,展示了一系列领先眼科手术产品、设备技术和屈光性白内障解决方案。
2025-07-11 21:17

“智医随行”大模型发布,用AI驱动专科全病程管理迈向智能化新阶段
7月11日,中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)医学人工智能联合实验室取得阶段性成果,正式推出“智医随行”大模型,用AI赋能全流程患者管理。
2025-07-11 18:02

今日,首版商保创新药目录开始申报
昨日(7月10日),国家医保局正式发布《2025年国家基本医疗保险、生育保险和工伤保险药品目录及商业健康保险创新药品目录调整工作方案》(以下简称《工作方案》)等多份文件,相关...
2025-07-11 17:11

又一款抗ED国产新药获批上市
日前,据国家药监局政务服务门户官网信息显示,旺山旺水的1类新药盐酸司美那非片(商品名:昂伟达)获得国家药监局批准上市,用于治疗勃起功能障碍(ED)。
2025-07-11 12:37

2025爱尔眼科眼底病论坛(重庆站)圆满召开,共筑眼底诊疗新高地
由重庆市预防医学会主办、重庆爱尔眼科医院(总院)承办的“爱尔眼科眼底病论坛2025(重庆站)” 于7月4-5日在山城重庆圆满召开
文/叶秀玲、李林 2025-07-09 16:49

630元一盒,全球首个GCG/GLP-1双靶减重药物价格披露
据信达生物官微消息披露,其胰高血糖素(GCG) 胰高血糖素样肽-1(GLP-1)双受体激动剂玛仕度肽注射液(商品名:信尔美)日前在北京大学人民医院开出全国首张处方,也标志着该...
2025-07-08 16:17

远大医药易甘泰®获FDA提前正式批准新增HCC适应症,成全球唯一FDA批准双适应症SIRT产品
基于钇[90Y]微球注射液DOORwaY90临床试验的突破性中期数据成功达到预设的共同主要终点,FDA提前正式批准了该产品新增适应症,用于治疗不可切除肝细胞癌(HCC),且未限制肿瘤直径大小。
2025-07-07 21:20

2024年度中国医药工业主营业务前100位企业
根据榜单和信息,2024年,国药集团连续五年蝉联榜首,华润医药与齐鲁制药稳居第二、第三席位;远大集团与复星医药位次互换,分列第四、第五;石药集团则继续位居第六,头部阵营...
2025-07-07 18:10