以下文章最初出现在2019年6月3日的选择性这里。
Benjamin Freedman博士肾组器先驱博士解释了3D细胞培养在研究肾病中的生物工程，生成和应用。
肾脏疾病，普遍存在美国人口的14％，缺乏需要的早期干预措施，以防止疾病进展。目前解决肾病在更加慢性阶段的肾病且额外的复杂性：例如，人工肾脏器件不起作用以及人肾，肾移植程序需要抗排斥药物的支持。
在本文中，我们采访了华盛顿大学助理教授的Benjamin Freedman博士，其目标是在早期阶段了解肾病。“在医疗实践中，还有很多关注肾病的最终阶段和管理该慢性疾病。我们对早期阶段和早期可能出错的不同事物更感兴趣，“Freedman说。
肾脏有机体领域的先驱，Freedman选择了3D细胞文化系统研究肾病。“有机体对此很好，因为他们可以表现出疾病的迹象，”Freedman解释道。“我们可以通过与我们感兴趣的任何化合物对待它们来进行干预。”模拟疾病的鲁棒模型体外，肾脏有机体直到几年前甚至没有存在。
Freedman是西半球的第一位科学家，从多能干细胞产生肾脏有机体。“这是一个非常令人兴奋的时刻，”Freedman回忆道。“一旦看到这些结构，我就知道他们对他们有趣。我可以使用所有工具来测试他们是否确实是肾脏。“
他们是。
生物工程化肾有机体
开发和维持肾脏有机体需要生物工程能力。当有机体生长和自组装在干细胞，它们体外发展剥夺了他们否则可用的血管灌注体内。微流体小管穿过我们身体的肾脏，使流体的入口和出口，一种肾脏有机体在菜上生长的资源。
“身体的肾脏在任何时间点都获得了大约20-25％的心脏输出，”Freedman解释道。“我们缺少有机体结构的一件事是灌注有机体和微小管的能力。”
Freedman的实验室有解决这个问题。“我们试图制作肾脏有机体2.0，它不仅包含干细胞及其形成结构的自然能力，而且还将在这些结构的顶部施加生物工程设计，以使它们能够真正形成非常复杂的类型在体内发现的功能小管。“
模仿体内环境
肾脏器材2.0生长在脚手架布置中的肾上腺素装置上，其含有细胞外基质。通过在该基质涂覆的芯片上播种干细胞衍生的肾细胞，可以生长细胞以控制的形状和布置。“它是干细胞和生物工程领域之间的融合，”释放人解释道。“关于信用卡大小的芯片，具有微小的小管结构，我们可以通过它来灌注液体。然后，我们可以观察溶质的吸收，例如葡萄糖和离子，并看看它们如何从小管的一侧传送到另一侧。“
生成有机体的程序使用薄层Corning®Matrigel®Matrix.在组织培养皿的底部。电池在该层的顶部铺板，然后是第二薄层的基质胶。“这使得细胞能够折叠并创造更多的三维类型的直径约为200微米的结构，”Freedman说。“这些含有我们感兴趣的肾脏组织的所有关键谱系。”
Matrigel基质形成从多能干细胞的肾细胞体产生过程的关键组分。“Matrigel基质有助于细胞存活。他们需要一个可延展的支持，它们可以增长并形成更多的三维结构;他们实际上可以改变和改造的东西，因为他们的成长，“Freedman解释道。
对于浅款芯片协议，Freedman Lab使用相对强大和僵硬的细胞外基质。“我们使用康宁胶原蛋白I.，一种高度浓缩的胶原蛋白，因为这些凝胶需要对细胞的僵硬，以承受我们感兴趣的正确形状，“Freedman说。“如果它太软了，整个事情都只是崩溃，特别是因为我们有流体贯穿它。”
或者，在组织片形成之后，它们放置在较大的咸叶内胶原蛋白I.液滴刺激细胞生长和填充。“这种方式，我们研究这些细胞迁移出有机体的能力，这具有某些疾病过程的后果，”Freedman说。“通常久坐的管状细胞实际上可以迁移出来，当你给他们这样的环境时，可以迁移出来。”
更好地脱离而不是附件
Freedman Lab中的一个项目涉及使用肾细胞体模型研究多囊肾疾病。“在多囊肾疾病中，通常非常窄的小管膨胀，以形成大的气球状结构。他们最终挤出并摧毁了所有健康的肾脏组织，“解释了。“我们能够通过在干细胞中突变干细胞和突变体的有机体来实现这一点以实际发生这种情况。有机体就像疾病中的肾小管一样膨胀。“
然而，这种膨胀过程取决于微环境，有机体发现自己。Freedman补充说：“如果你在他们基本上漂浮在媒体的条件下，那么它会加速和加剧疾病过程。”实验室使用康宁超低附件板生长有机体脱落。“它们在超低附着板中非常良好地使这些大气球状囊肿结构非常良好，”Notes Freedman。“在正常组织培养条件下成长时，他们也不会这样做。”
3D细胞文化的下一件大事
高通量化学和遗传筛查很快就会进入3D细胞培养生物学。“我们将从我们研究一种药物的阶段来迁移到一段时间到我们询问有数千种化合物的有机体的阶段，”Freedman说。
“这是你在哺乳动物的动物模型中不能做的事情，因此它是使用有机体无偏见发现的激动人心的时刻。大数据阶段是我们的。“
