Nature子刊重大突破:首次制造出人类微型肾脏

【字体: 时间:2013年11月19日 来源:生物通

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  肾病是全球一个重大且尚未解决的健康问题。肾脏一旦受到疾病损伤就很难恢复功能,因此迫切需要更好地了解肾脏发育和生理学的知识。现在,由Salk生物科学研究所的科学家们领导的一个研究人员小组,开发出了一个研究肾病的新型平台,为未来应用再生医学策略帮助恢复肾脏功能开辟了新的途径。

  

生物通报道  肾病是全球一个重大且尚未解决的健康问题。肾脏一旦受到疾病损伤就很难恢复功能,因此迫切需要更好地了解肾脏发育和生理学的知识。

现在,由Salk生物科学研究所的科学家们领导的一个研究人员小组,开发出了一个研究肾病的新型平台,为未来应用再生医学策略帮助恢复肾脏功能开辟了新的途径。

第一次,Salk生物科学研究所的研究人员利用人类干细胞制造出了三维肾结构,为研究肾脏的发育和疾病以及发现靶向人类肾细胞的新药开辟了新途径。这些研究结果发表在11月17日的《自然细胞生物学》(Nature Cell Biology)杂志上。

尽管今年夏天科学家们已经利用干细胞构建出了肾细胞的前体细胞,但此次Salk生物科学研究所研究小组是第一次诱导人类干细胞形成了与我们肾脏中的相似的三维细胞结构。

论文的资深作者、Salk生物科学研究所基因表达实验室教授Juan Carlos Izpisua Belmonte说:“研究人员一直试图将人类干细胞分化为肾细胞,但却鲜有成功者。我们开发了一种简单、有效的方法,可使人类干细胞分化为组织极好的三维输尿管芽(UB)结构,其可随后发育成集尿管系统。”

新研究结果首次证实了,可以让多能干细胞(PSCs)发育为与输尿管芽中细胞相似的细胞,随后在器官培养中分化为三维结构。输尿管芽细胞可以形成发育过程早期的人类泌尿和生殖器官,随后形成排尿管。科学家们采用人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞(iPSCs)均实现了这一突破。

在生成了具有多能性,且能够分化为中胚层的iPSCs后,研究人员利用我们肾脏自然发育过程中已知必需的生长因子,对这些iPSCs和胚胎干细胞进行了培育。组合来自这些生长因子的信号,在仅仅4天的时间里就足以让这些细胞朝着显示明显肾细胞特征的祖细胞定向分化。

随后研究人员通过将这些细胞与小鼠肾细胞共培养,引导它们进一步分化为了与输尿管芽中相似的器官结构。这表明了,这些小鼠细胞能够提供使人类干细胞形成肾脏三维结构的适当发育信号。

此外,Izpisua Belmonte研究小组还对来自临床诊断罹患多囊肾病(PKD)患者的iPSCs测试了他们的实验方案。PKD是以多个充满液体的囊肿为特征的一种遗传疾病,可导致肾功能下降和肾衰竭。研究人员发现他们的方法可以让患者源性的iPSCs生成肾结构。

由于这一疾病显示许多临床症状,基因治疗或抗体治疗都不是现实的PKD治疗方法。Salk研究小组的这一技术或许可帮助绕开这一障碍,为制药公司和从事PKD及其他肾病药物治疗研究的研究人员提供一个可靠的平台。

论文的主要作者、Izpisua Belmonte实验室助理研究员Ignacio Sancho-Martinez说:“我们的分化策略为疾病建模和药物发现研究奠定了基石。我们的研究结果将帮助引导未来的研究。”

(生物通:何嫱)

生物通推荐原文摘要:

Directed differentiation of human pluripotent cells to ureteric bud kidney progenitor-like cells

Diseases affecting the kidney constitute a major health issue worldwide. Their incidence and poor prognosis affirm the urgent need for the development of new therapeutic strategies. Recently, differentiation of pluripotent cells to somatic lineages has emerged as a promising approach for disease modelling and cell transplantation. Unfortunately, differentiation of pluripotent cells into renal lineages has demonstrated limited success. Here we report on the differentiation of human pluripotent cells into ureteric-bud-committed renal progenitor-like cells……

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