腎臟是人體非常重要的代謝器官，執(zhí)行著過(guò)濾血液的作用，將一些不需要的廢物以尿液的形式排出。腎小球是腎臟中基本的過(guò)濾單元，人工建造這種“腎小球”模型是一件非常有挑戰(zhàn)的事情。來(lái)自哈佛大學(xué)的科學(xué)家們解決了這一挑戰(zhàn)，他們率先在器官單芯片技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)體外人類(lèi)腎小球模型的工程化。研究發(fā)表在了《Nature Biomedical Engineering》上。腎小球的獨(dú)特過(guò)濾功能來(lái)自于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)細(xì)胞。腎小球內(nèi)有三種固有細(xì)胞：系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞。足細(xì)胞（podocyte）是位于腎小球毛細(xì)血管基底膜外側(cè)的臟層上皮細(xì)胞，因其胞漿在基底膜表面形成偽足樣突起而得名。足細(xì)胞的長(zhǎng)足突環(huán)繞著毛細(xì)血管，足突之間的裂孔膜是腎小球?yàn)V過(guò)的最后一道屏障，阻斷蛋白質(zhì)、紅血球、血小板等大分子，允許小分子如水分、鹽類(lèi)及糖類(lèi)以及其他類(lèi)型的代謝廢棄物通過(guò)，進(jìn)一步形成尿液。足細(xì)胞很容易被藥物所損傷，因而對(duì)于以腎臟疾病為目標(biāo)的研究來(lái)說(shuō)，意義重大。想要建立一個(gè)腎小球的模型，深入探測(cè)其功能，或者用于進(jìn)行藥物的腎功能安全性評(píng)價(jià)，足細(xì)胞一個(gè)非常好的切入點(diǎn)。由于足細(xì)胞較為脆弱，在很長(zhǎng)的時(shí)間里，科學(xué)家們一直試圖通過(guò)干細(xì)胞來(lái)使這種足細(xì)胞能夠工程化，但是，成熟的能夠工程化的足細(xì)胞群此前一直難以獲得。來(lái)自哈佛大學(xué)威斯研究所的 Donald Ingber 博士實(shí)現(xiàn)了這一突破，他的團(tuán)隊(duì)將人類(lèi)誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞（iPS）分化成成熟的足細(xì)胞，有效率可以超過(guò) 90％。成熟的工程化的足細(xì)胞是腎小球芯片的重要前提。最初，研究人員嘗試用生物材料來(lái)促進(jìn)細(xì)胞系的功能化，但是失敗了。之后他們開(kāi)始轉(zhuǎn)變思路，不再是僅僅添加可溶性因子，而是將細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的關(guān)鍵作用考慮在內(nèi)，不僅如此，研究人員還考慮到了腎小球中的特殊環(huán)境，指導(dǎo)細(xì)胞和組織分化的機(jī)械力在其中也有重要的作用。

　　人類(lèi)干細(xì)胞衍生的成熟足細(xì)胞的掃描電子顯微照片（圖片來(lái)源：哈佛大學(xué)威斯研究所）