3D生物打印血管近端小管模擬人體腎臟功能

為了使我們的身體正常工作，我們的腎臟在保持血液成分恒定方面起著至關重要的作用。為了達到這個目的，腎臟的大約一百萬個過濾單元（腎小球）首先清除多余的水和廢物，然后被稱為近端小管的特殊結構重新吸收“好”分子，將它們返回到我們的血液中。雖然近端小管的再吸收功能可能會受到藥物、化學品或遺傳和血液傳播疾病的損害，但我們對這些影響如何發(fā)生的理解仍然有限。為了研究人體外的腎再吸收，Wyss研究所的核心教員Jennifer Lewis，SC.D.與瑞士的Roche創(chuàng)新中心Basel合作，創(chuàng)建了一個3D生物打印的血管化近端小管模型，其中獨立的可灌注小管和血管在另一個附近打印。

免疫熒光染色  來源：哈佛大學Wyss學院

3D打印生物打印血管化近端小管，近端小管上皮標記物在近端小管通道呈綠色，血管內(nèi)皮標記物在相鄰血管通道呈紅色。放大的橫截面說明兩種不同的細胞類型在各自的通道中形成了管腔可灌流結構。

在一個工程細胞外基質內(nèi)。這項工作建立在一個連續(xù)灌注的3D近端小管模型的基礎上，該模型由小組早些時候報告，但仍然缺乏一個功能性血管室。利用他們的下一代設備，研究小組測量了葡萄糖從近端小管到血管的輸送，以及高血糖癥的影響，高血糖癥是一種與患者糖尿病相關的疾病。

Roche研究員和Lewis團隊的博士后研究員Neil Lin博士說:“我們在幾天內(nèi)制造出這些活的腎裝置，它們可以保持穩(wěn)定和功能數(shù)月，重要的是，這些三維血管化的近端小管顯示出所需的上皮和內(nèi)皮細胞形態(tài)和管腔結構，以及關鍵結構和轉運蛋白的表達和正確定位，以及允許小管和血管間室相互溝通的因素?！?br />
作為試驗藥物和建立疾病模型的第一步，研究小組在他們的模型中通過近端小管室循環(huán)比正常葡萄糖濃度高四倍的葡萄糖，從而誘導了“高血糖癥”，這是糖尿病的典型高血糖狀態(tài)和血管疾病的已知危險因素。我們發(fā)現(xiàn)高水平的葡萄糖轉運到血管內(nèi)的內(nèi)皮細胞造成了細胞損傷，”Wyss研究所和SEA的Lewis’Group的研究助理Kimberly Homan博士說。通過將藥物通過特異性抑制近端小管上皮細胞中主要葡萄糖轉運蛋白的小管循環(huán)，我們防止了這些有害變化發(fā)生在鄰近血管中的內(nèi)皮細胞上。”

該團隊目前的重點是進一步擴大這些用于制藥應用的3D打印模型。”該研究的行業(yè)合作者、巴塞爾羅氏創(chuàng)新中心首席科學家安妮·莫伊桑博士說：“我們的系統(tǒng)能夠篩選出腎臟毒性的藥物庫，從而有助于減少動物實驗。”

Lewis說：“我們新的3D打印腎臟模型是一個令人興奮的進步，因為它能更全面地再現(xiàn)在本地腎組織中發(fā)現(xiàn)的近端小管段?！背嗽谒幬锖Y選和疾病建模方面的直接應用外，我們還在探索這些活體設備是否可以用于增強腎臟透析?！蹦壳埃壬肝鰴C過濾血液，但它們無法從身體許多樂趣所需的濾液中提取寶貴的營養(yǎng)素和其他物種。會導致特定的缺陷和并發(fā)癥。Lewis和她的同事認為，3D生物打印的血管化小管可能會改善腎臟替代療法。

他們的研究成果發(fā)表在《美國國家科學院院院刊》（PNAS）上。

編譯自：3ders