引言
近期，西班牙加泰罗尼亚生物工程研究所Nuria Montserrat团队揭示了自然水凝胶在肾脏类器官生成及体外血管生成中的关键作用，为这一领域的研究带来了新的突破。这项工作表明，在人多能干细胞（hPSC）开始肾脏分化的过程中利用细胞与细胞间质的相互作用促进并优化了目前的肾脏类器官衍生方法，从而提高了这些独特的培养细胞平台在个性化医疗中的效用。
过程
图1：制备用于肾类器官分化的猪肾dECM水凝胶。A)猪肾去细胞方案示意图。B)去细胞前的猪肾代表照片。C)脱细胞前的猪肾皮质组织块。D)脱细胞后的猪肾皮质组织块。比例尺，1厘米，5毫米(放大视图)。E)免疫组化分析原生和脱细胞的肾组织，检测层粘连蛋白(绿色)、ⅳ型胶原(红色)和细胞核染色DAPI(蓝色)。比例尺，100 μm。F) i) dECM粉末、ii) dECM粉末经酶消化后获得的预凝胶溶液和iii)由预凝胶在37℃下成胶产生的dECM-hyd的代表性图像。G)在培养基中稀释的猪肾dECM-hyd的存在下，hPSCs生成类肾器官的实验方案。H)有(+猪dECM-hyd)或无(No dECM-hyd)产生的类肾器官的代表性亮视野图像和苏木精-伊红染色。肾小球样结构用“g”表示。管状结构用“t”表示。比例尺，100,50μm(放大视图)。I)与无dECM-hyd培养的对照(对照)相比，+ dECM-hyd培养的猪类器官中不同肾细胞类型标志物的标准化批量RNA-seq基因表达的缩放值的热图。J)与无dECM-hyd培养的对照(对照)相比，+猪dECM-hyd培养的类器官中细胞外基质基因的标准化批量RNA-seq基因表达的缩放值的热图。对差异表达基因进行标记。K)与无dECM-hyd培养的猪类器官(对照)相比，+ dECM-hyd培养的猪类器官在基因集富集分析中上调的显著GO生物过程的条形图。条形由标准化富集分数(NES)值着色。
图2：人肾dECM水凝胶可在2D条件下实现肾类器官分化。A)人肾去细胞方案示意图。B)人肾皮质组织块在脱细胞过程中的代表性图像。显示了天数。C)免疫组化分析原生和脱细胞的肾组织，检测层粘连蛋白(绿色)、LTL(灰色)、ⅳ型胶原(红色)和细胞核染色DAPI(蓝色)。比例尺，100 μm。D)与天然组织相比，dECM支架中的DNA定量。数据为平均值±标准差，n = 3样本(原生)，n = 3样本(dECM)。Mann-Whitney测试。以p值表示组间差异有统计学意义。E) CAM测定的示意图。F)植入的天然组织和dECM支架在蛋中保持4天的宏观视图，以及通过鸡血管活体注射dextran-FITC后获得的相应荧光图像。比例尺，500μm。G)植入的天然组织和dECM支架的血管密度(%)定量。数据为平均值±标准差，n = 10个样本(原生)，n = 5个样本(dECM)，不显著(ns)。Mann-Whitney测试。H)由预凝胶在37℃下成胶产生的人类dECM-hyd的代表性图像。I)在2D培养条件下，使用人肾dECM-hyd作为包被底物，并在分化第4天至第20天的培养基中稀释，生成hpsc来源的类肾器官的实验方案。J)在两种测试条件下，第20天肾脏类器官结构的代表性亮视野图像。比例尺，100μm。K)免疫荧光分析检测第20天肾脏类器官结构中LTL(绿色)，PODXL(红色)，WT1(灰色)和DAPI细胞核染色(蓝色)。比例尺，100,50 μm(放大视图)。L)免疫荧光分析检测ECAD(绿色)、NEPHRIN(红色)、CD31(灰色)和DAPI核染色(蓝色)在第20天两种情况下的肾类器官结构。比例尺，100,50μm(放大视图)。
为了更深入地挖掘血管生成的潜力，研究团队提出了一种革命性的方法：将源自hPSCs的内皮样类器官与肾脏类器官在精心构建的三维环境中进行精准组装。这一创新策略极大地加速了血管样结构的自然形成过程，不仅为肾脏类器官的进一步成熟铺设了坚实的道路，还为其功能的全面完善提供了不可或缺的支撑。通过此方式，研究团队不仅展现了对血管生成机制的深刻理解，也为未来肾脏再生医学及疾病模型研究开辟了崭新的方向。
总结
进一步而言，这些先进的组装体在药物发现与开发领域同样发挥着举足轻重的作用，它们能够作为高效的筛选工具，加速识别并评估那些对肾脏疾病具有潜在治疗效果的新型药物分子。最终，随着技术的不断成熟与应用的深入拓展，这些高度仿生的肾脏组装体还预示着再生医学领域的一次革命性飞跃，有望成为未来肾脏移植手术中的宝贵替代品，为患者带来前所未有的治疗希望与福音。
Natural Hydrogels Support Kidney Organoid Generation and Promote In Vitro Angiogenesis - PubMed (nih.gov)
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