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大连化物所利用器官芯片技术构建糖尿病肾病模型

发布时间:2017-06-07

近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员秦建华领导的微流控芯片研究团队利用器官芯片技术成功构建了一种功能化肾芯片系统,并用于模拟糖尿病肾病早期病理变化,相关研究成果发表在 Lab on a Chip (2017,17(10):1749-1760) 杂志上。

糖尿病肾病是糖尿病的常见并发症之一,也是导致慢性肾功能衰竭的主要原因,其早期肾脏损害主要表现为高血糖引起的肾小球组织结构和滤过功能破坏,并导致蛋白尿。该病发病机制复杂,给治疗带来挑战,体外建立有效的疾病模型对深入研究其发病机制以及早期防治具有重要意义。

该工作中,研究人员从肾脏生理结构与功能特点出发,将前沿器官芯片技术与细胞生物学和材料学等方法相结合,通过多维分区的功能化芯片设计与构筑,创新性地构建了含有原代肾小球组织(肾小球内皮细胞和足细胞等)、基质成分和血管样机械流体的动态三维肾芯片系统,以期反映近生理的肾小球微环境和功能特征。在此基础上,研究人员进一步研究了高糖条件对肾小球屏障和滤过功能的影响。结果显示,高糖刺激可诱发肾小球屏障对白蛋白滤过增加,肾小球细胞氧化应激水平增强,并出现足细胞与肾小球内皮细胞的解离与迁移,在一定程度上反映了糖尿病肾病发生过程中早期肾损害的主要病理变化特点。

这种工程化的肾芯片系统不仅能模拟肾小球组织的生理微环境,还可获取病理条件下具有时空分辨特点的肾细胞动态迁移、上皮间质化(EMT)等定量生物学信息,为进一步解析糖尿病肾病的发病机制、药物肾毒性评价以及肾小球相关疾病研究提供了一种全新的思路。特别是,该芯片系统首次实现了对原代肾小球组织超过 2 周的原位培养与功能维持,在很大程度上克服了传统方法难以实现体外原代组织长期培养的技术瓶颈问题,为临床开展少量肾组织分析鉴定以及转化医学研究提供了强有力的技术支撑。

人体器官芯片(organs-on-a-chip)是近几年发展起来的一种新兴前沿交叉学科技术,它以前所未有的方式见证机体的多种生物学行为,在新药发现、疾病机制和毒性预测等领域具有重要应用前景。近年来,大连化物所微流控芯片研究团队主要致力于器官芯片技术与生物医学的交叉学科研究,利用工程学原理和多学科集成手段已构建了一系列功能化器官芯片系统,建立了肝、肾、肠、血脑屏障等缩微类器官模型以及多器官集成芯片体系,并开始用于生物学研究、毒性测试和干细胞等领域。

上述研究工作得到了国家自然科学基金和科技部国际合作项目的支持。

(信息来源:生物谷)