熒光圖像顯示由Laura Perin博士和洛杉磯兒童醫院的Stefano Da Sacco博士開發的模型中由人腎細胞形成的天然過濾器。人足細胞呈綠色，腎小球內皮細胞呈紅色。
腎臟不斷地過濾血液並清除體內毒素。諸如慢性腎病（CKD）的病症的特徵在於執行該基本功能的能力降低。CKD發病率正在增長，超過140萬人依靠透析或腎移植來維持生存。開發新的治療方法需要了解疾病進展的機制，但科學家們還無法在體外準確模擬腎臟過濾- 直到現在。
在Nature Communications上發表的一項具有里程碑意義的研究中，洛杉磯兒童醫院的科學家展示了一種體外腎臟模型，可以改變CKD等疾病的研究過程。
腎臟含有稱為腎小球的特殊結構。在每個腎小球內是一個過濾屏障，由兩層高度特化的細胞層和一個充當選擇性過濾器的膜組成。當血液通過每個腎小球時，毒素和小分子可以通過，而蛋白質和其他重要成分則保留在血液中。“這種過濾過程在患有腎臟疾病的患者中崩潰了，”Laura Perin博士解釋說，他是該研究的共同資深作者，與Stefano Da Sacco，博士一起。“但是因為我們還沒有一個良好
的體外模型，我們仍然不知道CKD腎小球損傷的機制。“Perin博士和Da Sacco博士與CHLA薩班研究所的聯合主任Roger De Filippo博士一起在GOFARR泌尿外科再生研究和細胞治療實驗室進行研究。該研究的主要作者是CHLA博士後研究員Astgik Petrosyan。該團隊一起研究腎小球的結構，以更好地瞭解他們過濾血液的能力和原因。
“腎臟研究領域的一大挑戰是試圖在體外複製腎小球，”Da Sacco博士說。“特別是，使用標準技術在實驗室中很難重建腎小球濾過屏障。” 因此，大多數已發表的研究在兩個細胞層之間使用了人造膜。雖然可以交換液體，但細胞不能以與生物學相同的方式穿過該膜。“這導致模型無法真正過濾，”他解釋道。
當前實驗中缺少的關鍵組件是具有選擇性的過濾器，允許適當的細胞間通信。Da Sacco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健康的腎細胞，就像在體內一樣。使用名為Organoplates的專用隔離容器，調查人員就是這麼做的。
結果？
一種模型腎小球，其功能幾乎與真正的腎臟相同。他們稱這種模式完全來自健康的人體腎臟組織，
芯片上的腎小球。在細胞的一側，研究人員添加液體，另一方面，他們收集“腎小球”過濾器，稱為濾液。在他們的實驗中，科學家們添加了健康個體的血清。在不使用製造的過濾器的情況下，該團隊的體外腎小球表現為人類腎臟的作用：蛋白質保留在血清中，而較小的分子進入濾液。“我們的細胞自然形成的屏障是有選擇性的，就像在完全功能的腎臟中一樣，”Da Sacco博士說。“非常值得。”
該模型代表了目前體外腎臟研究標準的重大飛躍。“我們的系統表現得像生理上，生理上正確的腎小球，”佩林博士說。“這為我們瞭解我們仍然不知道的 - CKD損傷的分子機制，更重要的是如何預防損傷 - 打開了大門。”
雖然這似乎是過去的一個遙遠的目標，但是Da Sacco博士和Perin博士已經在他們的模型中重建和研究疾病狀態。當研究人員從患有CKD的患者中添加血清時，他們發現腎小球在臨床上表現出相同類型的損傷：蛋白質開始通過受損過濾器洩漏。在實驗濾液中測量的蛋白質水平匹配患者臨床濾液樣品，相關性為約90％。
這一突破為眾多臨床應用鋪平了道路。在蓬勃發展的個性化醫療時代，諸如此類的製劑可用於檢查個體患者的腎損傷的分子機制。然後可以使用連續血液採樣隨時間監測疾病進展。該模型還可用於在人體臨床試驗之前篩選新藥。
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