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“芯片上的肾小球”功能可媲美真正肾脏

肾脏不断地过滤血液并清除体内毒素,而慢性肾病的病症特点在于执行该基本功能的能力降低。《自然·通信》杂志近日发表了一项具有里程碑意义的研究:美国科学家展示的一种体外肾脏模型,具有与真正的肾脏几乎相同的功能,有望改变慢性肾病等疾病的研究过程。

肾脏含有称为肾小球的特殊结构。每个肾小球是一个过滤屏障,由两层高度特化的细胞层和一个充当选择性过滤器的膜组成。当血液通过每个肾小球时,毒素和小分子可以通过,而蛋白质和其他重要成分则保留在血液中。

肾脏研究领域的一大挑战就是在体外复制肾小球。使用标准技术在实验室中很难重建肾小球过滤屏障。大多数已发表的研究在两个细胞层之间使用人造膜,虽可交换液体,但细胞不能以与生物学相同的方式穿过该膜,这导致模型无法真正过滤。

当前实验中缺少的关键组件是具有选择性的过滤器,允许适当的细胞间通信。洛杉矶儿童医院开发的新模型以一种允许形成天然肾小球屏障的方式培养健康的肾细胞,就像在体内一样。肾小球模型的功能与真正的肾脏几乎相同。研究人员称,这种完全来自健康人体肾脏组织的模型为“芯片上的肾小球”。

研究人员在细胞的一侧添加液体,在另一侧收集“肾小球”过滤后的滤液。在实验中,他们添加了健康个体的血清。在不使用人造过滤器的情况下,体外肾小球表现出人类肾脏的功能:蛋白质保留在血清中,而较小的分子进入滤液。

当添加慢性肾病患者的血清时,研究人员发现,体外肾小球模型在临床上表现出相同类型的损伤:蛋白质开始通过受损过滤器泄漏。在滤液中测得的蛋白质水平匹配患者的临床滤液样品,相关性达90%左右。

研究人员表示,该模型代表了目前体外肾脏研究标准的重大飞跃,为研究慢性肾病损伤的分子机制、更重要的是如何预防损伤打开了大门。该模型还可用于在人体临床试验之前筛选新药。

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