科学家在构建迷你肾方面取得重大进展——构建功能性器官的重要里程碑
新的肾脏类器官概括了成人肾脏集合管系统的主要细胞（红色）和闰细胞（绿色）的图案分布。图片来源：曾子鹏/李实验室
这种类似于肾脏的尿道芽的类器官提供了一种研究肾脏疾病的方法，可以为患者带来新的治疗方法和再生方法。
南加州大学凯克医学院的一组科学家创造了可能成为组装合成肾脏的关键组成部分。在 Nature Communications 的一项新研究中， Zhongwei Li 和他的同事描述了他们如何产生基本的肾脏结构，称为类器官，类似于集合管系统，通过浓缩和运输尿液来帮助维持身体的体液和 pH 值平衡。
“我们在创造新型肾脏类器官方面取得的进展，不仅为了解发育和疾病提供了强大的工具，还为患者寻找新的治疗方法和再生方法，”该研究的通讯作者、医学和干细胞助理教授李说。细胞生物学和再生医学。
李中伟，博士，李实验室，南加州大学干细胞。来源：理查德·卡拉斯科
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创建构建块
该研究的第一作者、博士生 Zipeng Zeng 和博士后 Biao Huang 及其团队从一组被称为输尿管芽祖细胞 (UPC) 的群体开始，这些细胞在早期肾脏发育中发挥着重要作用。使用第一个小鼠 UPC，然后使用人类 UPC，科学家们能够开发出分子混合物，鼓励细胞形成类似于尿道芽的类器官——最终形成集合管系统的分支管。科学家们还成功地找到了一种不同的混合物来诱导人类干细胞发育成输尿管芽类器官。
一种额外的分子混合物推动了从小鼠 UPC 或人类干细胞生长的输尿管芽类器官可靠地发育成更加成熟和复杂的集合管类器官。
人类和小鼠输尿管芽类器官也可以进行基因工程改造，以隐藏导致患者疾病的突变，为了解肾脏问题以及筛选潜在的治疗药物提供更好的模型。作为一个例子，科学家们敲除一个基因以创建一种先天性肾脏和泌尿道异常的类器官模型，称为 CAKUT。
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除了作为疾病模型外，输尿管芽类器官还可以被证明是合成肾脏配方中的重要成分。为了探索这种可能性，科学家们将小鼠输尿管芽类器官与第二种小鼠细胞群相结合：形成肾单位的祖细胞，肾单位是肾脏的过滤单位。在将实验室培养的输尿管芽的尖端插入一团 NPC 后，研究小组观察到了一个广泛的分支管网络的生长，这让人联想到集合管系统，并与未发育的肾单位融合在一起。
“我们的工程小鼠肾脏在肾单位和集合管之间建立了联系——这是未来构建功能性器官的重要里程碑，”李说。
参考文献：“从可扩张的输尿管芽祖细胞概括成人肾集合管系统的模式化肾脏类器官的生成”，作者：Zipeng Zeng、Biao Huang、Riana K. Parvez、Yidan Li、Jyunhao Chen、Ariel C. Vonk、Matthew E. Thornton， Tadrushi Patel、Elisabeth A. Rutledge、Albert D. Kim、Jingying Yu、Brendan H. Grubbs、Jill A. McMahon、Nuria M. Pastor-Soler、Kenneth R. Hallows、Andrew P. McMahon 和李忠伟，2021 年 6 月 15 日，自然通讯。
DOI: 10.1038/s41467-021-23911-5
该项目汇集了李的主要附属机构 USC/UKRO 肾脏研究中心的科学家；南加州大学的 Eli and Edythe Broad 再生医学和干细胞研究中心；医学系、干细胞生物学和再生医学系；以及肾内科和高血压科，以及母胎医学科。其他作者包括 Riana K. Parvez、Yidan Li、Jyunhao Chen、Ariel C. Vonk、Matthew E. Thornton、Tadrushi Patel、Elisabeth A. Rutledge、Albert D. Kim、Jingying Yu、Brendan H. Grubbs、Jill A. McMahon、 Núria M. Pastor-Soler、Kenneth R. Hallows 和 Andrew P. McMahon。
这项工作的 20% 得到了国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所的联邦资助（授予 DK054364 和 F31 奖学金 DK107216）。其余的支持来自部门启动资金、UKRO 基金会支持、南加州大学干细胞挑战奖和加州再生医学研究所 (CIRM) 桥梁计划。