腎臟不斷過濾血液，清除體內(nèi)毒素。慢性腎病(CKD)等疾病的特征是執(zhí)行這一基本功能的能力降低。CKD的發(fā)病率不斷上升，超過140萬人依靠透析或腎移植生存。為了開發(fā)新的治療方法，有必要了解疾病進(jìn)展的機(jī)制，但是科學(xué)家們還不能在體外精確地模擬腎臟過濾——直到現(xiàn)在。
腎臟包含一種叫做腎小球的特殊結(jié)構(gòu)。每個(gè)腎小球內(nèi)部都有一個(gè)過濾屏障，由兩個(gè)高度特化的細(xì)胞層和一個(gè)充當(dāng)選擇性過濾器的膜組成。當(dāng)血液通過每個(gè)腎小球時(shí)，毒素和小分子可以通過，而蛋白質(zhì)和其他重要成分保留在血液中?！斑@種過濾過程在腎病患者中會(huì)崩潰，”該研究的聯(lián)合資深作者勞拉佩林博士和斯特凡諾達(dá)薩科博士解釋道?！暗捎谖覀儧]有一個(gè)好的體外模型，我們?nèi)匀徊恢繡KD腎小球損傷的機(jī)制。”
Perin博士和Dasaco博士以及CHLA薩班研究所聯(lián)合主任Roger De Filippo博士正在GOFARR泌尿?qū)W再生研究和細(xì)胞治療實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。這項(xiàng)研究的主要作者是中國(guó)科學(xué)院博士后研究員阿斯特吉克彼得羅相。該團(tuán)隊(duì)合作研究腎小球的結(jié)構(gòu)，以更好地了解它們過濾血液的能力和原因。
“腎臟研究領(lǐng)域的挑戰(zhàn)之一是試圖在體外復(fù)制腎小球，”達(dá)薩科博士說?！疤貏e是，很難在實(shí)驗(yàn)室使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)重建腎小球?yàn)V過屏障?！币虼?，大多數(shù)已發(fā)表的研究在兩個(gè)細(xì)胞層之間使用了人工膜。雖然液體可以交換，但細(xì)胞不能像生物一樣通過細(xì)胞膜?！斑@使得模型無法真正過濾，”他解釋道。
目前，實(shí)驗(yàn)中缺少的關(guān)鍵組件是允許適當(dāng)細(xì)胞間通訊的選擇性過濾器。Dasaco博士和Perin博士開始以一種允許形成天然腎小球屏障的方式培養(yǎng)健康的腎細(xì)胞，就像在體內(nèi)一樣。研究人員使用了一個(gè)名為OrganoplatesTM的特殊隔間容器，完成了這項(xiàng)工作。
結(jié)果呢？
一種模型腎小球，其功能幾乎與真正的腎臟相同。他們說這種模式完全來自健康的人類腎臟組織，芯片上的腎小球。
在細(xì)胞的一側(cè)，研究人員添加了液體，另一方面，他們收集了一種叫做濾液的“腎小球”過濾器。在他們的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家添加了健康個(gè)體的血清。在不使用人造過濾器的情況下，該團(tuán)隊(duì)的腎小球體外顯示了人類腎臟的功能：蛋白質(zhì)保留在血清中，而較小的分子進(jìn)入濾液。“我們的細(xì)胞自然形成的屏障是選擇性的，就像一個(gè)功能齊全的腎臟一樣，”達(dá)薩科博士說?！爸档谩！?
該模型代表了當(dāng)前體外腎臟研究標(biāo)準(zhǔn)的一次飛躍?！拔覀兊南到y(tǒng)表現(xiàn)得像一個(gè)生理上正確的腎小球，”佩林博士說?！斑@為我們打開了一扇大門，讓我們了解我們?nèi)匀徊恢赖臇|西CKD損傷的分子機(jī)制，更重要的是，如何預(yù)防它?！?
盡管這在過去似乎是一個(gè)遙遠(yuǎn)的目標(biāo)，但達(dá)薩科博士和佩里恩博士已經(jīng)在他們的模型中重建并研究了疾病狀態(tài)。當(dāng)研究人員添加CKD患者的血清時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)腎小球表現(xiàn)出相同類型的臨床損害：蛋白質(zhì)開始通過受損的過濾器泄漏。在實(shí)驗(yàn)濾液中測(cè)得的蛋白質(zhì)水平與患者臨床濾液的樣本相匹配，相關(guān)性約為90%。
這一突破為許多臨床應(yīng)用鋪平了道路。在個(gè)性化醫(yī)學(xué)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，這種制劑可以用于檢查個(gè)體患者腎損傷的分子機(jī)制。連續(xù)的血液取樣可以用來監(jiān)測(cè)疾病隨時(shí)間的發(fā)展。該模型還可用于在人體臨床試驗(yàn)前篩選新藥。
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