Nat Methods：微型肾脏成熟了——体外血管网络诱导术

近年来，长在培养皿中的类器官（包括人体器官中许多细胞类型和复杂的微结构）研究日渐增多。但是，目前为止这些类器官大多数因缺乏提供氧气、营养、清除代谢废物以及促进不同细胞类型之间交流的血管细胞，而距离真正“成熟”还差一个步骤。

去年2月生物通报道了首个能产尿的“人工肾”，今年，我们很高兴地看到来自Wyss生物启发工程研究所、哈佛工程与应用科学学院、布里格姆妇女医院和哈佛干细胞研究所的研究人员，在Jennifer Lewis和Ryuji Morizane博士的带领下，开发出了一种强有力的新方法——将干细胞来源的类器官暴露于流体剪切应力之下，与以往的静态培养方法相比，该方法能显着扩大类器官血管网络，改善肾小室的成熟度。文章发表在最新出版的Nature Methods。

早在2015年，Ryuji Morizane和Joseph Bonventre就开发出了利用人类多能干细胞获得三维肾器官的方法。“尽管我们的器官和其他实验室生产的器官一样，都包含大量组织良好的肾单位和原始血管，但它们仍缺乏具有可灌注腔的弥漫性血管室，”文章合着者哈佛医学院助理教授、哈佛干细胞研究所成员Morizane博士说。

最近，世界各地的研究人员通过将肾类器官植入动物体内使其成熟，在动物体内它们可以与宿主的血管系统相连。“我们的研究首次证明，通过将生长中的类器官暴露在流体中（已知这是一种对人体组织发育起重要作用的机械信号），我们第一次在体外大大增强了它们的血管化和成熟化，”Morizane说。

完成这项壮举，研究团队使用了Lewis实验室的专业技术，该实验室率先采用创造有血管的人体组织策略，包括3D肾脏芯片建模和可灌注并维持很长时间的3D生物打印技术。研究人员假设，流体流动可促进肾类器官前体内皮细胞血管形成。

“我们确定了潜在的细胞外基质、介质添加剂和流体剪切应力的正确组合，在这种情况下，来自人类干细胞的类器官在我们的3D打印微流体芯片中蓬勃发展，”文章共同一作Kimberly Homan和Navin Gupta博士说。“血管网形成于肾小球和小管室的上皮结构附近，进而促进上皮细胞成熟。整个过程就像双行道。”

3D打印芯片上长出的血管形成了一个连通网络，具有开放的管腔，可通过直接成像荧光珠在其上的自由移动来确定液体的灌注情况。“我们很兴奋地看到，这些血管化的肾小球和管状结构的发育经历了体内正常肾脏发育的肾单位所经历的某些阶段，”Homan说。

“这一重要进展为在体外分化肾单位室内精确检测药物毒性和模拟肾脏疾病（如多囊肾病）开辟了新途径，以患者源干细胞为起点，影响特定结构和细胞类型，”联合通讯作者Lewis博士说。“我们的方法可能为其他类器官（如肝类器官）血管化铺平道路。”

这是一个很好的例子说明了机械力生物学的重要性。

原始出处：Homan KA, Gupta N, Kroll KT, et al. Flow-enhanced vascularization and maturation of kidney organoids in vitro. Nat Methods. 2019 Feb 11.