面向按需器官:成功肾脏器官形成的新平台

终末期肾脏疾病的最终治疗是原位移植。然而,对肾移植的需求远远超过了可用供体器官的数量。虽然超过10万美国人需要肾脏,但每年只有1.7万人接受肾脏移植(国家肾脏基金会估计)。

近年来,一些再生医学/组织工程方法被用来缓解肾脏短缺危机。尽管基于细胞的治疗在实验动物模型中显示出希望,但它不能应用于肾脏结构发生深刻改变的情况,如慢性肾脏损伤。在这种情况下,需要肾脏再生来重建一个完整的功能肾脏新创消除了透析的需要。

Fig1_Francipane为了重建肾脏,一些研究人员建议通过植入原始肾脏(也称为后肾)来模拟器官发生的早期阶段。

为了使组织移植有效,一个适宜的地点必须相对容易接近,为细胞增殖提供足够的空间,并为长期植入提供血管支持。在我们寻找理想移植部位的过程中,我们发现淋巴结是一个很好的候选者。淋巴结作为次级淋巴器官,在免疫激活后可被视为T细胞的微型生物反应器。它们在转移过程中也会被癌细胞劫持。我们推测淋巴结也为正常细胞和移植组织提供必要的调节信号。事实上,通过直接向淋巴结注射胚胎肾组织,我们证明了供体细胞的植入和随后的器官功能。虽然通过连续的收集管上皮为尿液提供单一通道还有进一步改进的空间,但我们研究中观察到的移植物功能程度支持了淋巴结作为肾脏组织工程的一个部位。随着人类诱导多能干细胞(iPSC)领域的快速发展,通过特定因子的治疗可以诱导成熟体细胞的多能性,淋巴结平台在从患者自身细胞生成替代肾脏方面也具有很大的前景。因此,我们未来的工作将包括一种综合的组织工程方法,结合植入人类干细胞/祖细胞的无支架淋巴结系统来再生功能性肾脏。

暴露于各种肾源性因子组合后,可以从患者来源的iPSCs(例如从真皮成纤维细胞或肾细胞重编程)中获得肾祖细胞。重建功能性肾脏可能需要的祖细胞群有肾元祖细胞(产生所有肾元上皮细胞)、输尿管上皮祖细胞(产生集管细胞)、肾间质细胞祖细胞(产生周细胞、系膜细胞、血管平滑肌和小管周围内皮亚群)和血管祖细胞(产生肾小球和非肾小球内皮)。在基于淋巴结的生物反应器中培养肾祖细胞后,预计会发生肾元形态发生,导致新创肾脏器官形成。通过手术和/或工程技术可以移植邻近肾脏的淋巴结并实现移植物与输尿管的连接。

我们的研究将为治疗选择有限的患者群体提供一种新的肾脏疾病治疗方法。

Maria Giovanna Francipane, Eric Lagasse
麦高恩再生医学研究所病理学系,
美国匹兹堡大学医学院,宾夕法尼亚州匹兹堡,15219

出版

淋巴结是肾脏器官发生的新部位。
Francipane MG, Lagasse E
干细胞转化医学2015年3月

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