腫瘤細胞很容易被藥物所損傷，因而對于以腎臟疾病為目標的研究來說，意義重大。想要建立一個腎小球的模型，深入探測其功能，或者用于進行藥物的腎功能安全性評價，足細胞一個非常好的切入點。由于足細胞較為脆弱，在很長的時間里，科學家們一直試圖通過干細胞來使這種足細胞能夠工程化，但是，成熟的能夠工程化的足細胞群此前一直難以獲得。

來自哈佛大學威斯研究所的 Donald Ingber 博士實現(xiàn)了這一突破，他的團隊將人類誘導的多功能干細胞（iPS）分化成成熟的足細胞，有效率可以超過 90%。成熟的工程化的足細胞是腎小球芯片的重要前提。zui初，研究人員嘗試用生物材料來促進細胞系的功能化，但是失敗了。之后他們開始轉變思路，不再是僅僅添加可溶性因子，而是將細胞外基質(zhì)（ECM）的關鍵作用考慮在內(nèi)，不僅如此，研究人員還考慮到了腎小球中的特殊環(huán)境，指導細胞和組織分化的機械力在其中也有重要的作用。

研究的*作者 Samira Musah 表示，“我們的方法不僅使用了指導胚胎腎發(fā)育的可溶性因子，而且通過細胞外基質(zhì)組分對干細胞進行生長和分化，這些組分在腎小球血液分離的膜上和泌尿系統(tǒng)中也含有，我們更加密切的模仿足細胞被誘導和成熟的自然環(huán)境。”

研究人員成功的在微流體控制芯片上誘導了這樣的分化過程。這個微流體系統(tǒng)與活體腎小球的橫截面很相似，它由光學透明的、柔性的聚合物材料組成。在芯片上兩個相對應的微流體通道由一個多孔的、細胞外基質(zhì)包被的膜所分隔，對應腎臟的腎小球基底膜。在膜所面對的一個通道中，研究人員培養(yǎng)了腎小球內(nèi)皮細胞以模擬腎小球的微循環(huán)。在膜的另一側通道內(nèi)，iPS 細胞培養(yǎng)代表了腎小球的尿室。

在這里，iPS 細胞被誘導成為一層成熟的足細胞，其延長的足突穿過膜孔并與對側的內(nèi)皮細胞相接觸。研究人員沒有選擇傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)方式，而是通過應用周期性循環(huán)吸，以每秒一次的頻率，模擬真實腎小球由于心臟泵血而產(chǎn)生的律動變形，從而*的模仿了真實的足細胞誘導環(huán)境，實現(xiàn)了非常好的成熟率。

微流體器官芯片裝置膜一側的 iPS 誘導的成熟足細胞的足突穿過膜與對側腎小球內(nèi)皮細胞相接觸。

腫瘤細胞對于未來這一模型的應用潛力，研究的*作者 Samira Musah 談道，我希望我們的發(fā)現(xiàn)和研究戰(zhàn)略在未來的生物醫(yī)學應用中，可以幫助工程師們開發(fā)更*的人體器官模型。我為這個工作感到驕傲，因為它展現(xiàn)了在嘗試對抗在生物學和醫(yī)學復雜挑戰(zhàn)的時候，多學科研究的強大力量。目前，我們正在運用這種方法來研究腎臟疾病的機制，創(chuàng)造替代動物模型用于治療方案的開發(fā)。由于在許多腎臟疾病中腎小球足細胞已損壞或喪失，人類的 iPS 來源的足細胞也有望用于相關疾病的細胞治療和再生醫(yī)學。
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腫瘤細胞