惊奇!科学家用尿液里的细胞培养出肾脏类器官!《Nature Biotechnology》重磅报道

惊奇！科学家用尿液里的细胞培养出肾脏类器官！《Nature Biotechnology》重磅报道APExBIO

科学家越来越热衷于从人体中提取细胞来培养不同的类器官（organoids），类器官就是迷你版的器官，具有惊人的“模拟”人体真实器官的能力，是疾病研究的强大利器。提取的细胞是胚胎干细胞或诱导多能干细胞以及成体干细胞。近日，国际顶级期刊《Nature Biotechnology》（IF=35.724）发布了一项重磅研究，来自荷兰乌特勒支大学的研究团队成功地将人体尿液里的细胞转变成肾脏类器官！这是科学家首次创举！这些尿液衍生的“肾脏”可以用来模拟多种肾脏疾病，如囊性纤维化，对药物筛选和肾病治疗具有重要的意义。研究论文题目是“Tubuloids derived from human adult kidney and urine for personalized disease modeling”。

▲Nature Biotechnology. 04 March 2019.

干细胞研究发展迅速，科学家已经成功利用干细胞建立了多种类器官结构，包括脑、肠、肝脏、胰腺、前列腺、胃、肺、肾脏、乳腺、唾液腺和味蕾等。干细胞衍生为类器官的过程通常比较耗时，比如有些细胞需要经过重编程，往往耗费几个月的时间。这对于治疗急性或危及性命的疾病，可能并不具有优势。

尿液（urine）或许是更好的选择。研究团队对健康志愿者排出的尿液（30-50ml）进行快速处理，将离心后得到的细胞沉淀物置于类器官培养基中培养。研究人员将最后建立的肾脏类器官称为“tubuloids”。因为这些类器官源自肾小管（tubular）上皮细胞。肾小管是肾脏的重要组成部分，用于过滤血液中的废物并最终通过尿液从体内排出。

▲尿液细胞衍生的肾脏类器官源自肾上皮（PAX8 +）。尿液来自健康志愿者。

除了健康的志愿者，对囊性纤维化（CF）（携带CFTR突变F508del / S1251N）患者的尿液也成功衍生出了肾脏类器官。毛喉素（Forskolin）可以打开CFTR 氯离子通道，如果CFTR功能丧失，毛喉素对其则无作用。基于毛喉素，研究人员可以测试类器官对CFTR修复药物的肿胀反应。比如VX-770（用于治疗F508del / S1251N突变的药物），可显著增强CF-类器官的肿胀反应。

▲囊性纤维化（CF）患者尿液衍生的肾脏类器官不是典型的囊状，而是折叠的。可能是由于CFTR突变，CF患者的上皮细胞CFTR氯离子通道调节有缺陷，这减少了氯化物流入类

器官腔，从而减少了水的渗透。

除了尿液，该研究团队还从来源于人体的皮质肾组织（肾小管碎片）中培养出了肾脏类器官。可以用来模拟传染性肾病（BK病毒感染）和恶性肿瘤（Wilms 肿瘤）。

▲用人体肾小管碎片制造的肾脏类器官。

▲用肾脏类器官模拟BK病毒感染。图中可见斑块状的感染和核体积的增加，在细胞核内存在大量病毒颗粒。BK病毒是一种无包膜闭合环状双链DNA病毒

，目前不存在治愈性治疗。

研究人员将类器官衍生的细胞在微流体器官芯片（organ-on-a-chip）上测试其跨上皮运输功能。在类器官腔的底部外侧加入罗丹明123，其通过OCT转运蛋白转运到基底内侧进入细胞。P-gp是一种细胞膜蛋白，可将罗丹明123从细胞

顶侧泵出。加入P-gp抑制剂PSC-833后，罗丹明123的流出显著减少。证实这些类器官细胞可执行（跨上皮）转运功能。

▲在肾脏类器官中P-gp是功能性的。

这些实验室培养的“小肾脏”虽然看起来不像是人体真正的肾脏，细胞结构较简单，但是具有真正肾脏的许多特征，可以用来研究多种类型的肾脏疾病，包括传染性的和遗传性的，以及癌症。

用于制造类器官的细胞不管是来自尿液，还是肾小管组织，都不需要经历重编程等过程，可大幅缩短时间。尤其是尿液，对人体无创，这对于不能进行活检的特定类型患者具有很大意义。

然而，从癌症患者的尿液中培养肾脏类器官可能带来挑战，因为从尿液中分离的少量细胞可能无法代表整个肿瘤。

通讯作者Verhaar等人表示这只是初步的尝试和试验，从长远来看，他们希望能够使用迷你肾脏来模拟一个真正的肾脏——即量身定制的肾脏，但这还有很长的路要走。

总之，用尿液制造肾脏类器官模型是一种大胆的尝试，是一种创新，具有许多潜在的应用，当然药物筛选肯定是一种选择。

原始论文：

Tubuloids derived from human adult kidney and urine for personalized disease modeling.

Nature Biotechnology. 04 March 2019.