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微流体器官芯片可建立肾小球模型

导读: 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。

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。

微流体器官芯片可建立肾小球模型

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。

微流体器官芯片可建立肾小球模型

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)

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