肾脏不断过滤血液，清除体内毒素。慢性肾病(CKD)等疾病的特征是执行这一基本功能的能力降低。CKD的发病率不断上升，超过140万人依靠透析或肾移植生存。为了开发新的治疗方法，有必要了解疾病进展的机制，但是科学家们还不能在体外精确地模拟肾脏过滤——直到现在。
肾脏包含一种叫做肾小球的特殊结构。每个肾小球内部都有一个过滤屏障，由两个高度特化的细胞层和一个充当选择性过滤器的膜组成。当血液通过每个肾小球时，毒素和小分子可以通过，而蛋白质和其他重要成分保留在血液中。“这种过滤过程在肾病患者中会崩溃，”该研究的联合资深作者劳拉佩林博士和斯特凡诺达萨科博士解释道。“但由于我们没有一个好的体外模型，我们仍然不知道CKD肾小球损伤的机制。”
Perin博士和Dasaco博士以及CHLA萨班研究所联合主任Roger De Filippo博士正在GOFARR泌尿学再生研究和细胞治疗实验室进行研究。这项研究的主要作者是中国科学院博士后研究员阿斯特吉克彼得罗相。该团队合作研究肾小球的结构，以更好地了解它们过滤血液的能力和原因。
“肾脏研究领域的挑战之一是试图在体外复制肾小球，”达萨科博士说。“特别是，很难在实验室使用标准技术重建肾小球滤过屏障。”因此，大多数已发表的研究在两个细胞层之间使用了人工膜。虽然液体可以交换，但细胞不能像生物一样通过细胞膜。“这使得模型无法真正过滤，”他解释道。
目前，实验中缺少的关键组件是允许适当细胞间通讯的选择性过滤器。Dasaco博士和Perin博士开始以一种允许形成天然肾小球屏障的方式培养健康的肾细胞，就像在体内一样。研究人员使用了一个名为OrganoplatesTM的特殊隔间容器，完成了这项工作。
结果呢？
一种模型肾小球，其功能几乎与真正的肾脏相同。他们说这种模式完全来自健康的人类肾脏组织，芯片上的肾小球。
在细胞的一侧，研究人员添加了液体，另一方面，他们收集了一种叫做滤液的“肾小球”过滤器。在他们的实验中，科学家添加了健康个体的血清。在不使用人造过滤器的情况下，该团队的肾小球体外显示了人类肾脏的功能：蛋白质保留在血清中，而较小的分子进入滤液。“我们的细胞自然形成的屏障是选择性的，就像一个功能齐全的肾脏一样，”达萨科博士说。“值得。”
该模型代表了当前体外肾脏研究标准的一次飞跃。“我们的系统表现得像一个生理上正确的肾小球，”佩林博士说。“这为我们打开了一扇大门，让我们了解我们仍然不知道的东西CKD损伤的分子机制，更重要的是，如何预防它。”
尽管这在过去似乎是一个遥远的目标，但达萨科博士和佩里恩博士已经在他们的模型中重建并研究了疾病状态。当研究人员添加CKD患者的血清时，他们发现肾小球表现出相同类型的临床损害：蛋白质开始通过受损的过滤器泄漏。在实验滤液中测得的蛋白质水平与患者临床滤液的样本相匹配，相关性约为90%。
这一突破为许多临床应用铺平了道路。在个性化医学蓬勃发展的时代，这种制剂可以用于检查个体患者肾损伤的分子机制。连续的血液取样可以用来监测疾病随时间的发展。该模型还可用于在人体临床试验前筛选新药。
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