“芯片上的腎小球”功能可媲美真正腎臟

腎臟不斷地過濾血液并清除體內毒素，而慢性腎病的病癥特點在于執行該基本功能的能力降低。《自然·通信》雜志近日發表了一項具有里程碑意義的研究：美國科學家展示的一種體外腎臟模型，具有與真正的腎臟幾乎相同的功能，有望改變慢性腎病等疾病的研究過程。

腎臟含有稱為腎小球的特殊結構。每個腎小球是一個過濾屏障，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。

腎臟研究領域的一大挑戰就是在體外復制腎小球。使用標準技術在實驗室中很難重建腎小球過濾屏障。大多數已發表的研究在兩個細胞層之間使用人造膜，雖可交換液體，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。

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。洛杉磯兒童醫院開發的新模型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。腎小球模型的功能與真正的腎臟幾乎相同。研究人員稱，這種完全來自健康人體腎臟組織的模型為“芯片上的腎小球”。

研究人員在細胞的一側添加液體，在另一側收集“腎小球”過濾后的濾液。在實驗中，他們添加了健康個體的血清。在不使用人造過濾器的情況下，體外腎小球表現出人類腎臟的功能：蛋白質保留在血清中，而較小的分子進入濾液。

當添加慢性腎病患者的血清時，研究人員發現，體外腎小球模型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泄漏。在濾液中測得的蛋白質水平匹配患者的臨床濾液樣品，相關性達90%左右。

研究人員表示，該模型代表了目前體外腎臟研究標準的重大飛躍，為研究慢性腎病損傷的分子機制、更重要的是如何預防損傷打開了大門。該模型還可用于在人體臨床試驗之前篩選新藥。