文/William A. Haseltine
我们可能距离研制出替代肾脏供体移植的人造肾脏又近了一步。最近，埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology）发表了一篇论文，详细介绍了一种培育肾脏类器官的改进方法。或许，这种方法将会成为培育复杂的、可作为肾脏移植替代品的肾脏类器官的一块敲门砖。
在实验室培养的类器官中发现的肾脏结构。图片来源：SPRANG, EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY （2022）
当肾脏受损并慢慢失去功能时，慢性肾病就会发生，而它在美国影响着超过3,700万人。虽然肾脏移植是治疗慢性肾脏疾病的可行方法，但是需要肾脏移植的人数仍然大大超过了目前供体器官的供应。
解决这种器官短缺的一个潜在方案就是使用肾脏类器官。就像可以组合起来搭建建筑物的乐高积木一样，类器官也就是在培养皿中生长的器官的小组件。随着不同类型的肾脏类器官被培育出来并串联使用，科学家们希望他们终有一天能将每个关键的器官构件组合起来，从而形成完整的、可工作的肾脏。
迄今为止，我们在肾脏中发现的最重要的结构之一是肾小球。肾小球负责过滤掉血液中的废物和多余的水分。虽然科学家们之前就曾经开发过肾脏类器官，但其中许多都缺乏可以运转的肾小球。作为其博士研究的一部分，Johnick van Sprang的目标就是培育具有可运转的肾小球的肾脏类器官。
现有的肾脏类器官的局限。图片来源：SPRANG, EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（2022）
那么，类器官是如何形成的呢？类器官始于干细胞。当医生或科研人员从病人的血液或骨髓中获得干细胞以后，就可以将它们重新编程，使得这些干细胞进入细胞发育的早期胚胎阶段。经过精心培育，干细胞可以转化为人体内几乎任何类型的细胞。一旦所有正确的细胞类型被组装起来，科学家就可以用它们来创建类器官的关键微结构。
肾脏类器官是用干细胞培育而来。图片来源： SPRANG, EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY （2022）
目前，科学家们已经发现了如何将干细胞培育成通常存在于肾脏中的细胞基质。然而，培育功能完好的器官组件的一个关键要素是为细胞提供正确的环境或结构。Sprang认为，如果将这些细胞放置在类似于人体组织的环境中，那么它们就会像在人体中一样发展，并在此过程中形成肾小球。
为了验证这一点，Sprang开始研究一种叫做脲基-嘧啶酮（ureido-pyrimidinone）的材料。这种材料的分子能够相互识别，并自我组装成类似纤维的结构。当这些纤维状结构以凝胶状态或固体状态聚集在一起时，它们就呈现出类似于自然组织的纤维成分的状态。
这种新材料也是通过非常微弱、低能的键结合在一起的，这意味着它分子间的化学键更容易断裂和重组，从而使这种材料具有很强的适应性和活力。根据该材料的改性和加工方式，它的纤维既可以以固体、柔性凝胶的形式存在，也可以简单地漂浮在溶液中。
脲基-嘧啶酮可以以凝胶状态或固体状态存在，也可以简单地漂浮在溶液中。图片来源：SPRANG, EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY （2022）
通过使用一种类似人体组织的材料设计环境，Sprang希望可以模拟人体的自然环境和结构线索，从而促进肾脏类器官的正常生长和发育。此外，通过处理这种新材料，使其在类器官引入后从溶液状态过渡到凝胶状态，该材料的纤维可以在仍处于溶液状态时进入肾脏类器官。如果成功的话，这将意味着这种材料可以向类器官表面以及类器官内部的细胞传递结构线索。
在用这种方法进行了几个肾脏类器官的培育试验之后，结果出来了。令人惊讶的是，这种材料及其结构线索使得肾脏类器官生长出的功能性肾小球数量是之前的三倍。
这些试验结果代表了从类器官中开发器官功能元素的重要一步。随着生物材料和类器官研究领域的不断发展，观察类器官如何继续进化，以及它们如何帮助提高器官移植治疗的可及性将会非常有趣。
本文作者为前哈佛医学院教授、福布斯撰稿人，文章内容仅代表作者本人观点。
