新技术为寻找肾脏疾病治疗方法提供了途径

慢性肾病和最终的肾衰竭是无法治愈的疾病，影响13%的美国人口，特别是那些患有高血压和糖尿病的人。这些疾病会降解维持人体血液过滤系统的肾脏“足细胞”细胞，最终将患者送去透析。

寻找有效治疗方法受到阻碍，因为这些高度结构化的细胞不能在体外培养，并且永生化的细胞系不忠于其结构。华盛顿大学麦凯维工程学院和医学院的新研究旨在克服这一关键障碍。

这一发现发表在《科学进展》上，由一种新的水凝胶系统实现，该系统保留了培养足细胞的生物化学和机械环境。使用该系统，从孤立的肾小球(肾脏的过滤单位)中提取的足细胞可以在健康和患病肾脏中附近的蛋白质模式上培养。这些细胞迅速采用新的形状并表达与损伤相关的新蛋白质结构，使研究人员能够确定可能控制这些细胞用于自我修复的机制的新方法。

“我们现在有一个窗口来了解损伤和疾病中形状变化和细胞损失的细胞骨架动力学，”医学院医学系肾脏病学系医学助理教授Hani Y. Suleiman博士说。“我们的研究揭示了可能作为药物靶标的伤口愈合蛋白复合物的结构和功能。

机械工程与材料科学博士生Shumeng Jiang是与资深作者Jeffrey Miner，医学院肾脏病学Eduardo和Judith Slatopolsky医学教授以及McKelvey Engineering的Harold和Kathleen Faught机械工程教授Guy Genin的实验室合作的第一作者。

足细胞是具有分层结构的独特细胞，包括几乎章鱼状的触手，这些触手形成肾脏过滤单元的结构。影响足细胞的疾病，如糖尿病肾病，会破坏这些结构并导致肾衰竭，需要透析或移植。

“我们以前从未能够看到这些结构如何实时响应压力，”Miner说。“我们和其他人使用的永生化足细胞系不会发展这些结构，并且在小鼠体内观察它们是困难的。这种新方法使我们能够确定直接从肾脏中提取的小鼠和人类足细胞在实验室中的行为，在那里它们可以经受无休止的实验条件。

“一个令人兴奋的新角度是研究和操纵细胞对疾病反应的机械生物学方面的能力，”国家科学基金会工程机械生物学科学和技术中心共同指导Genin说。“我们现在可以量化与糖尿病和血糖升高相关的肾脏变化如何影响足细胞的机械功能及其恢复能力。

华盛顿大学已与该大学技术管理办公室合作提交了该技术的专利申请，该团队希望能够进行一系列研究，并最终使用该系统进行治疗。苏莱曼说，他相信这项技术有潜力改变治疗学的发展。

“现在我们可以对来自患病肾脏的人类细胞进行测试，我们可以快速筛选影响蛋白质动力学和机械生物学的化学治疗，并开始治疗一系列目前无法治愈的疾病，”Suleiman说。