
什么是肾脏类器官?
肾脏类器官 是一种在体外通过干细胞自组织形成的三维微型器官模型,模拟人体肾脏的结构和功能。它通常来源于人多能干细胞或成体干细胞,在特定诱导条件下分化为包含肾单位(如肾小球、近端小管、远端小管等)的复杂结构。
关键特征:
① 三维结构:更真实地模拟细胞-细胞、细胞-基质相互作用。
② 功能模拟:具备部分肾脏功能,如物质转运、损伤响应、药物代谢等。
③ 来源多样:可来自iPSC、ESC或成体肾源干细胞。
④ 可扩展性:可用于高通量筛选、疾病建模和个性化医疗。
肾脏类器官的分类及对比
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肾脏类器官在不同领域的应用
1.用途
① 疾病建模:
急性肾损伤(如顺铂诱导)
慢性肾病(如糖尿病肾病、多囊肾)
遗传性疾病(如法布雷病、亨廷顿舞蹈病相关肾病)
② 药物筛选与毒性测试:
肾毒性评估(如顺铂、他克莫司)
个体化药物反应测试(如肾细胞癌类器官)
③ 发育与机制研究:肾单位形成、细胞分化信号通路
④ 再生医学:未来可能用于肾脏移植或修复
2. 未来发展空间
① 血管化与成熟化:通过共培养、微流控、生物打印等技术实现功能血管网络。
② 多器官整合:构建“肾脏-心脏”或“肾脏-肝脏”等多器官芯片系统。
③ 基因编辑与个性化模型:利用CRISPR构建特定突变模型,用于精准医疗。
④ 临床前模型替代:逐步替代动物模型,提高药物开发效率与临床转化率。
3. 利弊分析
肾脏类器官构建的通用化方案构思
流程说明:
干细胞来源选择:iPSC/ESC:适用于复杂肾单位建模,ASC(如肾源细胞):适用于个体化小管模型。
胚状体形成(针对PSC):使用CHIR99021 + FGF等小分子诱导中胚层分化
肾向诱导:阶段I:Wnt激活(CHIR99021),阶段II:KOSR/DMEM培养基促进小管形成。
3D类器官培养:使用超低黏附板,动态培养(摇床)促进营养渗透
血管化策略(可选):共培养HUVEC,微流控芯片灌注,移植至免疫缺陷鼠肾囊下。
成熟培养:延长培养至14-21天,低氧环境(5-7% O₂)促进血管生成。
验证与应用:免疫荧光(LTL, HNF1B, CDH1),HE染色、RNA/蛋白分析,功能测试(药物响应、损伤标志物)。
肾脏类器官血管化方法
A:免疫缺陷动物促进肾类器官血管化;
B:调整培养方案促进肾类器官血管化;
C:使用微流控技术结合细胞 外基质促进肾类器官血管化。
参考文献(图片来源):
刘鹤, 岳亮, 吴成君, 檀英霞. 肾类器官血管化研究进展. 中国药理学与毒理学杂志. 2024, 38(8): 633 https://doi.org/10.3867/j.issn.1000-3002.2024.08.008
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