研究人员使用人干细胞来创造人肾肾小球的模型

肾脏由大约一百万微小的单位组成，用于过滤血液。研究人员一直试图工程师的干细胞，使它们形成为功能性哆粒细胞。这里通过扫描电子显微照片捕获人干细胞衍生成熟的孔细胞。

来自哈佛大学的生物学启发工程研究所的一支研究人员已经开发了人肾肾小球的体外模型，这可能促进药物发现和照明肾病机制。

肾脏，由大约一百万微小的单位制成，效果筛选血液，不断地摆脱不希望的废物体形成尿液。在此过程中，它还容纳血细胞和有价值的蛋白质并控制身体的液体含量。

这些单元中的每一个的键是称为肾小球的结构，其中所谓的孔细胞细胞在毛细血管围绕毛细血管周围缠绕它们。由由细胞外基质组成的薄膜分开，狭缝在它们之间留下来构建实际的过滤屏障。多粒细胞也是先天性或肾疾病的目标，然而，它们通常受药物伤害。

为了建立人肾小球的体外模型，可以更好地了解其功能，疾病的脆弱性以及药物毒性，研究人员一直在试图工程师的干细胞 - 这在理论上可以产生任何成熟的细胞类型 - 形成功能性哆哆细胞。然而，这些细胞培养物努力未能产生成熟的孔细胞纯净的群体，足以用于建模肾小球过滤。

唐纳德·英格伯领导的团队在哈佛大学的生物学启发工程研究所现在报告了对自然生物医学工程挑战的解决方案。它们的方法能够将人诱导的多能干（IPS）细胞分化为具有超过90％的效率的成熟孔细胞。将差异化过程与夹层团队开创的芯片技术联系起来，研究人员继续为人肾小球的第一个体外模型进行设计，展示了由化疗药物诱导的血蛋白和血细胞毒性的有效和选择性过滤体外。

“功能性人肾肾小球芯片的发展开辟了肾脏生物学的全新实验途径，进行了高度个性化的肾病和药物毒性建模，以及我们开发的干细胞衍生的肾小电细胞甚至可以提供新的注射未来危及生命血统血管病患者再生医学的细胞疗法方法，“Wyss Institute总监伊格伯说。

ingber的团队已经设计了多种器官芯片，可准确地模仿人体组织和器官级生理学，目前正在通过食品和药物管理作为研究食品，化妆品或生物危害的工具作为工具进行评估，以研究食品，化妆品或生物危害膳食补充剂比现有的培养系统或动物模型更有效。2013年，他的团队开发了一种片上微流体培养装置，其模拟人肾的近端小管，这是从尿液中解剖学连接到肾小球和挽救离子。现在，随着肺泡的芯片，研究人员还可以在肾脏中进行体外接入核心过滤机制，这对药物清除和药代动力学是至关重要的，除了在工作中学习人的阵容。

为了在细胞培养中产生几乎纯粹的人类诱饵，Samira Musah，这项研究的第一个作者和哈佛医学院（HMS）院长院长的博士后，杠杆式干细胞生物学家的阿森纳，并将其与ingber过去的研究作品融为一体身体中的细​​胞在组织环境中响应粘合因子和物理力。

“我们的方法不仅使用胚胎中肾发育的可溶性因素，而且，通过生长和区分干细胞对分离肾小球血液和泌尿系统的细胞外基质组分，我们更接近自然环境其中诱导诱发哆粒细胞和成熟，“Musah说。“我们甚至在微流体芯片的频道内成功地诱导了大部分差异化过程，其中，通过施加模仿节律变形的循环动作，由于每心跳产生的压力脉冲，我们实现了更大的成熟效率。”

完整的微流体系统非常类似于人肾小球壁的活性3-D横截面。它由光学透明，柔性的聚合物材料组成的计算机存储器芯片的尺寸，其中两个紧密相对的微通道通过多孔的细胞外基质涂覆的膜分离，所述多孔细胞外基质涂覆的膜对应于肾的肾小球基底膜。在一个膜的面对频道中，研究人员生长肾小球内皮细胞以模仿血小胶的血液微血管室。IPS细胞在代表肾小球尿隔室的另一个通道中培养在膜的相对侧，其中诱导它们以形成一层成熟的致晶胞层，其通过膜中的孔延伸长细胞过程并接触下面的孔隙内皮细胞。另外，通过将循环抽吸施加到放置在细胞衬里微通道的任一侧的中空腔室以模仿肾小球壁的模仿生理变形，以每秒的一个心跳的速率进行有节奏地拉伸和放松。

“这种体外系统使我们能够有效地重新携带血液中含有的小物质的过滤到尿隔室中，同时保持血液隔室中的大蛋白质，如我们的身体，我们可以想象和监测导致崩溃的药物造成的损害肾脏的过滤屏障，“马达说。

其他作者包括Akiko Mammoto和Tadanori Mammoto，他在研究时，他是血管生物学计划和波士顿儿童医院的手术部以及礼物或过去的Wyss学院研究人员，包括Thomas Ferrante，Sauveur Jeanty，Kristen Roberts ，Seyoon Chung，Richard Novak，Miles Ingram，Tohid Fatanat-Didar，Sandeep Koshy和James Weaver。Ingber是哈佛医学院的丘脑生物学教授和波士顿儿童医院的血管生物学计划，以及哈佛约翰A. Paulson Engineers和Apply Sciences学院的生物工程教授。

国防高级研究项目机构提供了该研究的资金。Musah由HMS Dean的博士后奖学金，来自Burroughs Wellcome Fund，UncF-Merck Prododectoral奖学金和NIH / Niddk肾脏训练补助金的博士后丰富计划奖。

出版物：Samira Musah，等，“成熟诱导 - 多能 - 干细胞 - 衍生的人孔孔孔在芯片上重建肾肾小球毛细血管功能，”自然生物医学工程1，物品编号：0069（2017）; DOI：10.1038 / S41551-017-0069