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重要的作用。為了實現(xiàn)這一目標，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構重新吸收“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記物在近端小管通道中以綠色染色，并且血管內(nèi)皮標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胞類型在它們各自的通道中形成管腔可灌注結構。圖片來源：哈佛大學威斯學院

為了研究人體外腎臟重吸收，Wyss Institute關鍵學院成員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胞外基質(zhì)內(nèi)彼此相鄰印刷。這項工作建立在團隊早期報告的持續(xù)灌注的3D近端小管模型的基礎上，該模型仍缺乏功能性血管隔室。該團隊使用他們的下一代設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的疾病研究。

“我們在幾天內(nèi)構建這些活體腎臟裝置，它們可以保持穩(wěn)定的功能數(shù)月?！盢eil Lin博士說，他是羅氏研究員和劉易斯團隊的博士后研究員。 “重要的是，這些3D血管化的近端小管表現(xiàn)出所需的上皮細胞和內(nèi)皮細胞形態(tài)和管腔結構，以及關鍵結構和轉(zhuǎn)運蛋白的表達和正確定位，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)皮細胞會導致細胞損傷，”Wyss Institute和SEAS Lewis集團研究員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)皮細胞發(fā)生這些有害變化。

” 該團隊的當務之急是進一步擴大這些3D打印模型，以用于制藥應用。 “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?！拔覀冃碌?D打印腎臟模型是一個令人興奮的進步，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)表在美國國家科學院院刊（PNAS）上。