通過利用基因組編輯技術(shù)，現(xiàn)在科學(xué)家可以在實驗室培養(yǎng)微型腎臟細胞器，在培養(yǎng)皿中重現(xiàn)人類腎臟病。

這一研究成果尚屬首次，是通過干細胞生物學(xué)與領(lǐng)先的基因編輯技術(shù)相結(jié)合而實現(xiàn)的。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在十月二十三日的《Nature Communications》，這項研究為腎病的個性化醫(yī)療，鋪平了道路。延伸閱讀：迄今為止最成功的腎臟替代制備。

迷你腎臟細胞器是由多能干細胞長成的。多能干細胞可以發(fā)展成為身體任何類型的器官。當(dāng)用一種化學(xué)混合物處理這些干細胞時，它們會發(fā)育成類似于小型腎臟的結(jié)構(gòu)。這些細胞器含有小管、過濾細胞和血管細胞。它們可運輸化學(xué)物質(zhì)，并以類似于人腎小管的方式響應(yīng)有毒損傷。

波士頓布里格姆婦女醫(yī)院的Benjamin Freedman帶領(lǐng)了這項研究，他指出：“一個主要的懸而未決的問題是，我們是否可以用這項技術(shù)，在實驗室的培養(yǎng)皿中重現(xiàn)人類的腎臟疾病。”他現(xiàn)在是華盛頓大學(xué)的醫(yī)學(xué)副教授和華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究員。

他說：“這個問題的答案，對于了解微型腎臟用于臨床腎臟再生和藥物發(fā)現(xiàn)的潛力，非常重要。”

為了再現(xiàn)人類的疾病，Freedman和他的同事們使用稱為CRISPR的基因編輯技術(shù)。他們設(shè)計了微型腎臟，具有與兩種常見腎臟疾?。ǘ嗄倚阅I病和腎小球腎炎）相關(guān)的遺傳改變。

這些細胞器表現(xiàn)出這些疾病的特點。那些具有多囊腎病基因突變的細胞器，形成了氣球狀、充滿液體的囊袋，稱為囊腫，來自于腎小管。具有podocalyxin基因（與腎小球腎炎相關(guān)）突變的細胞器，失去了過濾細胞之間的聯(lián)系。

這項研究的資深作者Joseph Bonventre解釋說：“一個單一的基因突變，可導(dǎo)致與人類疾病相關(guān)的腎臟結(jié)構(gòu)變化，從而可以讓我們更好地了解疾病，并作為模型來開發(fā)治療性藥物，來治療這些疾病。”他是布里格姆婦女醫(yī)院腎臟部門的主任，也是哈佛干細胞研究所的研究人員。

Freedman補充說：“這些基因工程的微型腎臟告訴我們，人類的疾病可歸結(jié)為簡單的組件，可以在培養(yǎng)皿中創(chuàng)建。這為我們提供了更快、更好的方法，來進行‘培養(yǎng)基臨床試驗’，以測試可能對人類起作用的藥物和療法。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，基因匹配的、沒有疾病相關(guān)突變的腎臟細胞器，沒有表現(xiàn)出任何疾病的跡象。

Freedman解釋說：“CRISPR可以用來糾正基因突變。我們的研究結(jié)果表明，利用CRISPR進行基因糾正，可能是一種有前景的治療策略。”

在美國，腎臟病每年的費用大約是400億美元。腎臟疾病影響全球約7億人。1200萬名患者患有多囊性腎病，有200萬患者出現(xiàn)了腎衰竭。透析和腎臟移植——腎功能衰竭患者的唯一選擇，可能會導(dǎo)致有害的副作用和較差的生活質(zhì)量。

Freedman說：“由于這項新技術(shù)，我們現(xiàn)在可以按需地培育新的腎組織，它們與患者自己的身體是百分百免疫兼容的。”

他補充說：“我們已經(jīng)表明，這些組織可以模擬正常和患病的腎臟，這些細胞器在移植后能在小鼠體內(nèi)存活。接下來的問題是，這些細胞器在移植后是否可以執(zhí)行腎臟的功能。”