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

上海暂停部分药品采购资格资讯

上海暂停部分药品采购资格

近日,上海市医药集中招标采购事务管理所发布通知,暂停圣嘉(滨海)生物医药科技有限公司普拉洛芬滴眼液采购资格。

2025-12-20 10:58

国家药监局进一步明确《Q12:药品生命周期管理的技术和监管考虑》国际人用药品注册技术协调会指导原则的适用问题资讯

国家药监局进一步明确《Q12:药品生命周期管理的技术和监管考虑》国际人用药品注册技术协调会指导原则的适用问题

对于ICH Q12中提供的监管工具批准后药学变更管理方案(PACMP),国家药监局药品审评中心已发布《化学药品批准后药学变更管理方案技术指导原则(试行)》,并将根据国际上执行IC...

2025-12-20 10:46

特朗普宣布与安进、BMS等九家跨国药企达成协议,药价大幅降低资讯

特朗普宣布与安进、BMS等九家跨国药企达成协议,药价大幅降低

据当地时间周五美国白宫发布的消息,美国总统特朗普宣布与九家制药公司达成协议,这是一系列相关协议中的最新一批,这些协议旨在以降低部分美国人的药品价格来换取三年关税宽限期。

2025-12-20 10:29

赛诺菲亮相首届进博优品交易会资讯

赛诺菲亮相首届进博优品交易会

“进博效应”持续释放,“进博好物”加速可及

2025-12-19 21:27

备思复联合帕博利珠单抗显著改善肌层浸润性膀胱癌患者的生存期,无论患者能否耐受顺铂资讯

备思复联合帕博利珠单抗显著改善肌层浸润性膀胱癌患者的生存期,无论患者能否耐受顺铂

思复联合帕博利珠单抗成为首个且目前唯一不含铂类化疗的治疗方案,在顺铂耐受肌层浸润性膀胱癌患者膀胱切除术前后使用中,可改善无事件生存期和总生存期

2025-12-19 15:37

全球地缘政治冲突正带来企业海外业务发展的更多不确定性资讯

全球地缘政治冲突正带来企业海外业务发展的更多不确定性

今年是国际SOS成立40周年,近日,其发布了《2026年度全球风险展望》,这也是其连续10年发布该相关报告。

2025-12-19 13:05

海南首家外商独资医院落地资讯

海南首家外商独资医院落地

12月17日,海南首家外商独资医院博鳌富隆医院揭牌仪式在海口举行。

2025-12-18 21:59

我国60岁以上听损老人逾2000万资讯

我国60岁以上听损老人逾2000万

60岁及以上老年人群的听力损失患病率在各个年龄段当中居于首位,高达11 04%,据此推算,我国患听力损失的60岁以上老年人至少2000万人。约1 3的65岁以上老年人伴有听力残疾,约...

2025-12-18 21:44

领泰生物完成超 2 亿元 B 轮融资,加速靶向蛋白降解药物临床突破资讯

领泰生物完成超 2 亿元 B 轮融资,加速靶向蛋白降解药物临床突破

汉康资本领投,鼎晖 VGC、时真资本、康橙投资等知名机构联合参投,老股东龙磐投资持续追加投资

2025-12-18 16:37

中国低卫生资源地区宫颈癌综合防控项目在内蒙古敖汉旗落地,筑牢抵御宫颈癌的防线资讯

中国低卫生资源地区宫颈癌综合防控项目在内蒙古敖汉旗落地,筑牢抵御宫颈癌的防线

由中国癌症基金会发起、默沙东(默沙东是美国新泽西州 肯尼沃斯市默克公司的公司商号)支持的中国低卫生资源地区宫颈癌综合防控项目于内蒙古自治区赤峰市敖汉旗正式落地

2025-12-18 16:23

安斯泰来将在2026年ASCO胃肠道癌症研讨会(ASCO GI)上公布其胃肠道肿瘤产品管线的最新临床数据资讯

安斯泰来将在2026年ASCO胃肠道癌症研讨会(ASCO GI)上公布其胃肠道肿瘤产品管线的最新临床数据

2期ILUSTRO研究评估佐妥昔单抗三药联合方案用于一线晚期胃癌和胃食管结合部(G GEJ)癌的队列结果入选最新突破性口头报告

2025-12-18 12:53

远大医药自研创新FAP核药美国临床获批,打造中国核药出海新范式资讯

远大医药自研创新FAP核药美国临床获批,打造中国核药出海新范式

用于诊断实体瘤的I II期临床研究。

2025-12-17 21:23

加强基层医疗卫生机构儿科、妇科、康复医学科、精神(心理)科、五官(口腔)科等特色科室建设资讯

加强基层医疗卫生机构儿科、妇科、康复医学科、精神(心理)科、五官(口腔)科等特色科室建设

在加强基层医疗卫生机构全科医疗科、中医科、预防保健科等业务及医技科室建设的基础上,综合考虑辖区居民健康需求、人口老龄化、区域医疗卫生资源布局等因素,重点加强若干临床...

2025-12-17 20:03

复星医药14.12亿元收购绿谷医药,要再启“九期一”资讯

复星医药14.12亿元收购绿谷医药,要再启“九期一”

12月15日,复星医药发布公告称,控股子公司复星医药产业拟出资共计14 12亿元控股投资绿谷医药。资金来源为拟以自筹资金支付本次收购的对价。

2025-12-16 22:40

安领科生物完成近 5000 万美元 A 轮追加融资,加速 ADC 全球临床与技术平台创新​资讯

安领科生物完成近 5000 万美元 A 轮追加融资,加速 ADC 全球临床与技术平台创新​

本轮融资由老股东君联资本与新晋投资方美团龙珠联合领投,蓝驰创投、元生创投、五源资本等多家知名新老股东跟投

2025-12-16 11:28

AI4S 赋能医药创新,哲源科技完成亿元 A1 轮融资资讯

AI4S 赋能医药创新,哲源科技完成亿元 A1 轮融资

国科投资(中国科技产业投资管理有限公司)领投,泽源基金、睿智医药联合跟投

2025-12-16 11:22

华东医药“双喜临门”!GLP-1/GIP双靶点减重药II期数据亮眼,MUC17 ADC创新药获FDA孤儿药认定资讯

华东医药“双喜临门”!GLP-1/GIP双靶点减重药II期数据亮眼,MUC17 ADC创新药获FDA孤儿药认定

创新多肽类人GLP-1(胰高血糖素样肽-1)受体和GIP受体(葡萄糖依赖性促胰岛素多肽)的双靶点长效激动剂HDM1005注射液在体重管理适应症中国II期临床试验中取得了积极结果

2025-12-15 17:13

自2028年起,每年3月底前完成上年度清算,国家医保局发布《医保基金清算提质增效三年行动计划》资讯

自2028年起,每年3月底前完成上年度清算,国家医保局发布《医保基金清算提质增效三年行动计划》

自2028年起,实现每年3月底前完成上年度清算,清算资金占年度医保基金拨付的3%左右,推进季度清算等创新模式。

2025-12-15 10:29

全国医疗保障工作会议召开,2026年国家医保做什么?资讯

全国医疗保障工作会议召开,2026年国家医保做什么?

2025年12月13日,全国医疗保障工作会议在北京召开。

2025-12-14 21:46

远大赛威信六价诺如疫苗研发持续推进,直指百亿元市场资讯

远大赛威信六价诺如疫苗研发持续推进,直指百亿元市场

该疫苗是目前全球临床进展最快的六价诺如疫苗,采用先进的重组病毒样颗粒(VLP)技术,涵盖了六个全球高流行基因型别,理论覆盖范围可超全球90%的诺如病毒流行株

2025-12-14 13:15