為了讓我們的身體正常工作，我們的腎臟在保持血液成分不變方面起著至關(guān)重要的作用。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，腎臟里有大約一百萬個過濾單元（腎小球），它首先會去除多余的水和廢物，然后稱為近端小管的特殊結(jié)構(gòu)重新吸收“好”的分子將其返回血液中。盡管近端小管的重吸收功能可能受到藥物，化學(xué)物質(zhì)或遺傳和血液傳播疾病的影響，但我們對這些影響如何發(fā)生的理解仍然有限。

生物3D打印的血管化近端小管的免疫熒光染色，其中近端小管上皮標(biāo)記物在近端小管通道中以綠色染色，并且血管內(nèi)皮標(biāo)記物在相鄰血管通道中以紅色染色。放大的橫截面圖示了兩種不同的細(xì)胞類型在它們各自的通道中形成管腔可灌注結(jié)構(gòu)。圖片來源：哈佛大學(xué)威斯學(xué)院

為了研究人體外腎臟重吸收，Wyss Institute關(guān)鍵學(xué)院成員Jennifer Lewis，Sc.D。與瑞士羅氏羅氏創(chuàng)新中心合作，建造了一個3D生物打印血管化近端小管模型，其中可獨立灌注的小管和血管在工程細(xì)胞外基質(zhì)內(nèi)彼此相鄰印刷。這項工作建立在團(tuán)隊早期報告的持續(xù)灌注的3D近端小管模型的基礎(chǔ)上，該模型仍缺乏功能性血管隔室。該團(tuán)隊使用他們的下一代設(shè)備測量了葡萄糖從近端小管到血管的轉(zhuǎn)運，以及高血糖的影響，這是一種與糖尿病病人相關(guān)的疾病研究。

“我們在幾天內(nèi)構(gòu)建這些活體腎臟裝置，它們可以保持穩(wěn)定的功能數(shù)月。”Neil Lin博士說，他是羅氏研究員和劉易斯團(tuán)隊的博士后研究員。 “重要的是，這些3D血管化的近端小管表現(xiàn)出所需的上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)和管腔結(jié)構(gòu)，以及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)和正確定位，以及允許管狀和血管隔室相互通信的因子。 “ 作為測試藥物和模擬疾病的第一步，該團(tuán)隊通過循環(huán)高于正常葡萄糖濃度的4倍，在他們的模型中誘導(dǎo)了“高血糖癥”，一種典型的糖尿病高血糖癥狀和血管疾病的已知危險因素。近端小管隔室。 “我們發(fā)現(xiàn)高水平的葡萄糖轉(zhuǎn)運到血管腔內(nèi)的內(nèi)皮細(xì)胞會導(dǎo)致細(xì)胞損傷，”Wyss Institute和SEAS Lewis集團(tuán)研究員Kimberly Homan博士說。 “通過使藥物循環(huán)通過特異性抑制近端小管上皮細(xì)胞中主要葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的小管，我們可以防止相鄰血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生這些有害變化。

” 該團(tuán)隊的當(dāng)務(wù)之急是進(jìn)一步擴(kuò)大這些3D打印模型，以用于制藥應(yīng)用。 “我們的系統(tǒng)可以篩選聚焦藥物庫的腎毒性，從而有助于減少動物實驗，”該研究的行業(yè)合作者，羅氏創(chuàng)新中心巴塞爾的首席科研員Annie Moisan博士說。“我們新的3D打印腎臟模型是一個令人興奮的進(jìn)步，因為它更完整地概括了天然腎組織中發(fā)現(xiàn)的近端小管段，除了藥物篩選和疾病模型的直接應(yīng)用之外，我們還在探索這些生命裝置是否可以用于增加腎透析?！蹦壳?，救生透析機(jī)可以過濾血液，但它們沒有辦法從身體所需的許多功能中去除濾液中的寶貴營養(yǎng)物和其他物種，這可能導(dǎo)致特定的缺陷和并發(fā)癥。3D生物打印的血管化小管可能會改善腎臟替代治療方案。

他們的研究發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊（PNAS）上。