資料介紹
腎臟是人體非常重要的代謝器官,執(zhí)行著過濾血液的作用,將一些不需要的廢物以尿液的形式排出。腎小球是腎臟中基本的過濾單元,人工建造這種“腎小球”模型是一件非常有挑戰(zhàn)的事情。來自哈佛大學(xué)的科學(xué)家們解決了這一挑戰(zhàn),他們率先在器官單芯片技術(shù)中,實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)體外人類腎小球模型的工程化。研究發(fā)表在了《Nature Biomedical Engineering》上。腎小球的獨(dú)特過濾功能來自于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)細(xì)胞。腎小球內(nèi)有三種固有細(xì)胞:系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞。足細(xì)胞(podocyte)是位于腎小球毛細(xì)血管基底膜外側(cè)的臟層上皮細(xì)胞,因其胞漿在基底膜表面形成偽足樣突起而得名。足細(xì)胞的長足突環(huán)繞著毛細(xì)血管,足突之間的裂孔膜是腎小球?yàn)V過的最后一道屏障,阻斷蛋白質(zhì)、紅血球、血小板等大分子,允許小分子如水分、鹽類及糖類以及其他類型的代謝廢棄物通過,進(jìn)一步形成尿液。足細(xì)胞很容易被藥物所損傷,因而對于以腎臟疾病為目標(biāo)的研究來說,意義重大。想要建立一個(gè)腎小球的模型,深入探測其功能,或者用于進(jìn)行藥物的腎功能安全性評價(jià),足細(xì)胞一個(gè)非常好的切入點(diǎn)。由于足細(xì)胞較為脆弱,在很長的時(shí)間里,科學(xué)家們一直試圖通過干細(xì)胞來使這種足細(xì)胞能夠工程化,但是,成熟的能夠工程化的足細(xì)胞群此前一直難以獲得。來自哈佛大學(xué)威斯研究所的 Donald Ingber 博士實(shí)現(xiàn)了這一突破,他的團(tuán)隊(duì)將人類誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞(iPS)分化成成熟的足細(xì)胞,有效率可以超過 90%。成熟的工程化的足細(xì)胞是腎小球芯片的重要前提。最初,研究人員嘗試用生物材料來促進(jìn)細(xì)胞系的功能化,但是失敗了。之后他們開始轉(zhuǎn)變思路,不再是僅僅添加可溶性因子,而是將細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的關(guān)鍵作用考慮在內(nèi),不僅如此,研究人員還考慮到了腎小球中的特殊環(huán)境,指導(dǎo)細(xì)胞和組織分化的機(jī)械力在其中也有重要的作用。
人類干細(xì)胞衍生的成熟足細(xì)胞的掃描電子顯微照片(圖片來源:哈佛大學(xué)威斯研究所)
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