為了使我們的身體正常工作，我們的腎臟在保持血液成分恒定方面起著至關(guān)重要的作用。為了達到這個目的，腎臟的大約一百萬個過濾單元（腎小球）首先清除多余的水和廢物，然后被稱為近端小管的特殊結(jié)構(gòu)重新吸收“好”分子，將它們返回到我們的血液中。雖然近端小管的再吸收功能可能會受到藥物、化學(xué)品或遺傳和血液傳播疾病的損害，但我們對這些影響如何發(fā)生的理解仍然有限。為了研究人體外的腎再吸收，Wyss研究所的核心教員Jennifer Lewis，SC．D．與瑞士的Roche創(chuàng)新中心Basel合作，創(chuàng)建了一個3D生物打印的血管化近端小管模型，其中獨立的可灌注小管和血管在另一個附近打印。

免疫熒光染色  來源：哈佛大學(xué)Wyss學(xué)院

3D打印生物打印血管化近端小管，近端小管上皮標(biāo)記物在近端小管通道呈綠色，血管內(nèi)皮標(biāo)記物在相鄰血管通道呈紅色。放大的橫截面說明兩種不同的細(xì)胞類型在各自的通道中形成了管腔可灌流結(jié)構(gòu)。

在一個工程細(xì)胞外基質(zhì)內(nèi)。這項工作建立在一個連續(xù)灌注的3D近端小管模型的基礎(chǔ)上，該模型由小組早些時候報告，但仍然缺乏一個功能性血管室。利用他們的下一代設(shè)備，研究小組測量了葡萄糖從近端小管到血管的輸送，以及高血糖癥的影響，高血糖癥是一種與患者糖尿病相關(guān)的疾病。

Roche研究員和Lewis團隊的博士后研究員Neil Lin博士說：“我們在幾天內(nèi)制造出這些活的腎裝置，它們可以保持穩(wěn)定和功能數(shù)月，重要的是，這些三維血管化的近端小管顯示出所需的上皮和內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)和管腔結(jié)構(gòu)，以及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)運蛋白的表達和正確定位，以及允許小管和血管間室相互溝通的因素�！�

作為試驗藥物和建立疾病模型的第一步，研究小組在他們的模型中通過近端小管室循環(huán)比正常葡萄糖濃度高四倍的葡萄糖，從而誘導(dǎo)了“高血糖癥”，這是糖尿病的典型高血糖狀態(tài)和血管疾病的已知危險因素。我們發(fā)現(xiàn)高水平的葡萄糖轉(zhuǎn)運到血管內(nèi)的內(nèi)皮細(xì)胞造成了細(xì)胞損傷，”Wyss研究所和SEA的Lewis’Group的研究助理Kimberly Homan博士說。通過將藥物通過特異性抑制近端小管上皮細(xì)胞中主要葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的小管循環(huán)，我們防止了這些有害變化發(fā)生在鄰近血管中的內(nèi)皮細(xì)胞上�！�

該團隊目前的重點是進一步擴大這些用于制藥應(yīng)用的3D打印模型�！痹撗芯康男袠I(yè)合作者、巴塞爾羅氏創(chuàng)新中心首席科學(xué)家安妮·莫伊桑博士說：“我們的系統(tǒng)能夠篩選出腎臟毒性的藥物庫，從而有助于減少動物實驗�！�

Lewis說：“我們新的3D打印腎臟模型是一個令人興奮的進步，因為它能更全面地再現(xiàn)在本地腎組織中發(fā)現(xiàn)的近端小管段�！背�了在藥物篩選和疾病建模方面的直接應(yīng)用外，我們還在探索這些活體設(shè)備是否可以用于增強腎臟透析。”目前，救生透析機過濾血液，但它們無法從身體許多樂趣所需的濾液中提取寶貴的營養(yǎng)素和其他物種。會導(dǎo)致特定的缺陷和并發(fā)癥。Lewis和她的同事認(rèn)為，3D生物打印的血管化小管可能會改善腎臟替代療法。

我們的研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院院刊》（PNAS）上。