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肾脏类器官法可能只是搅动血液

肾脏中的类器官不会显示出肾功能的所有变化,除非它们允许血液进出——也就是说,除非它们被完全血管化。太多的肾脏类器官不过是肾脏细胞的结块。由于缺乏血管系统,它们无法模拟真实肾脏的功能,如输送氧气和营养物质,清除代谢废物,以及在不同细胞类型之间交换化学信号。相比之下,适当血管化的肾脏类器官,如哈佛大学威斯研究所(Wyss Institute)正在开发的器官,能够更好地模拟成熟肾脏的功能。

肾脏类器官法可能只是搅动血液

威斯研究所的一组科学家正在微流体芯片上培养流动状态下的肾脏类器官。通常情况下,从人类多功能干细胞中提取的肾脏类器官具有肾小球和小管样的腔室,大部分无血管。而且,他们在静态文化中还不成熟。

Wyss团队采用了一种更加动态的方法,将干细胞来源的类有机物暴露在流体剪切应力下。由ScD的Jennifer Lewis和医学博士Ryuji Morizane领导的Wyss小组报告说,这种方法显著扩展了器官来源的血管网络。此外,与以前的静态培养方法相比,它还能促进肾小室的成熟。

2月11日发表在《自然方法》杂志上的一篇题为《体外流动增强血管形成和肾脏类器官成熟》的文章详细介绍了这一过程。

这篇文章的作者写道:“我们发现,与静态对照相比,在流动条件下培养的带血管蒂的肾脏类器官有更成熟的足细胞和管状细胞间隔,细胞极性和成体基因表达增强。”“肾小球血管的发育经历了类似于胚胎哺乳动物肾脏毛细血管环形成的中间阶段,这些毛细血管环与足部过程相连。”

最近,世界各地的研究人员将肾脏类器官植入动物体内,使其与宿主的血管系统相连,从而使其成熟。Morizane说:“我们的研究首次证明,通过将生长中的类有机物暴露在流体中,我们可以大大增强它们的血管化和体外成熟。流体是一种已知的对人体组织发育起重要作用的机械信号。”

为了完成这一壮举,该团队使用了Lewis实验室的专业技术,该实验室开创了创建血管化人体组织的策略,包括使用3D肾脏芯片模型,使用3D生物打印技术,这种技术可以灌注并维持很长时间。基于这些发现,他们假设流体流动也可以促进生长在肾脏类器官中的前内皮细胞血管的形成。

“我们确定了细胞外基质、培养基添加剂和流体剪切应力的正确组合,在这种情况下,人体干细胞衍生的类有机物在我们的3d打印毫流芯片中生长时将会茁壮成长,”金伯利·霍曼(Kimberly Homan)博士说。他和医学博士纳文·古普塔(Navin Gupta)是这项研究的第一作者。

Gupta补充说:“血管网络的形成接近于构建肾小球和肾小管腔室的上皮结构,从而促进上皮细胞成熟。这个整合的过程就像一条双向的街道。

带血管的肾类器官在体外能更好地模拟肾脏的关键功能,包括血液过滤、再吸收和尿液生成。Wyss团队指出,这类类有机物能够更好地模拟肾脏疾病,增强肾脏药物毒性测试,并最终为肾脏替代疗法带来新的构建模块。Wyss团队还预计,这种方法可以用于开发其他类型的类器官,包括肝脏类器官。

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