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大連化物所利用器官芯片技術(shù)構(gòu)建糖尿病腎病模型

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大連化物所利用器官芯片技術(shù)構(gòu)建糖尿病腎病模型

摘要: 　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員秦建華領(lǐng)導(dǎo)的微流控芯片學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)利用器官芯片技術(shù)成功構(gòu)建了一種功能化腎芯片系統(tǒng)，并用于模擬糖尿病腎病早期病理變化，相關(guān)學(xué)習(xí)成果發(fā)表在Lab on a Chip (2017，17(10 ...

　　近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員秦建華領(lǐng)導(dǎo)的微流控芯片學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)利用器官芯片技術(shù)成功構(gòu)建了一種功能化腎芯片系統(tǒng)，并用于模擬糖尿病腎病早期病理變化，相關(guān)學(xué)習(xí)成果發(fā)表在Lab on a Chip (2017，17(10):1749-1760)雜志上。
　　糖尿病腎病是糖尿病的常見(jiàn)并發(fā)癥之一，也是導(dǎo)致慢性腎功能衰竭的主要原因，其早期腎臟損害主要表現(xiàn)為高血糖引起的腎小球組織結(jié)構(gòu)和濾過(guò)功能破壞，并導(dǎo)致蛋白尿。該病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，給治療帶來(lái)挑戰(zhàn)，體外建立有效的疾病模型對(duì)深入學(xué)習(xí)其發(fā)病機(jī)制以及早期防治具有重要意義。
　　該工作中，學(xué)習(xí)人員從腎臟生理結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)出發(fā)，將前沿器官芯片技術(shù)與細(xì)胞生物學(xué)和材料學(xué)等方法相結(jié)合，通過(guò)多維分區(qū)的功能化芯片設(shè)計(jì)與構(gòu)筑，創(chuàng)新性地構(gòu)建了含有原代腎小球組織（腎小球內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞等）、基質(zhì)成分和血管樣機(jī)械流體的動(dòng)態(tài)三維腎芯片系統(tǒng)，以期反映近生理的腎小球微環(huán)境和功能特征。在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)人員進(jìn)一步學(xué)習(xí)了高糖條件對(duì)腎小球屏障和濾過(guò)功能的影響。結(jié)果顯示，高糖刺激可誘發(fā)腎小球屏障對(duì)白蛋白濾過(guò)增加，腎小球細(xì)胞氧化應(yīng)激水平增強(qiáng)，并出現(xiàn)足細(xì)胞與腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的解離與遷移，在一定程度上反映了糖尿病腎病發(fā)生過(guò)程中早期腎損害的主要病理變化特點(diǎn)。
　　這種工程化的腎芯片系統(tǒng)不僅能模擬腎小球組織的生理微環(huán)境，還可獲取病理?xiàng)l件下具有時(shí)空分辨特點(diǎn)的腎細(xì)胞動(dòng)態(tài)遷移、上皮間質(zhì)化（EMT）等定量生物學(xué)信息，為進(jìn)一步解析糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制、藥物腎毒性評(píng)價(jià)以及腎小球相關(guān)疾病學(xué)習(xí)提供了一種全新的思路。特別是，該芯片系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)原代腎小球組織超過(guò)2周的原位培養(yǎng)與功能維持，在很大程度上克服了傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)體外原代組織長(zhǎng)期培養(yǎng)的技術(shù)瓶頸問(wèn)題，為臨床開展少量腎組織分析鑒定以及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
　　人體器官芯片（organs-on-a-chip）是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新興前沿交叉學(xué)科技術(shù)，它以前所未有的方式見(jiàn)證機(jī)體的多種生物學(xué)行為，在新藥發(fā)現(xiàn)、疾病機(jī)制和毒性預(yù)測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。近年來(lái)，大連化物所微流控芯片學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)主要致力于器官芯片技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的交叉學(xué)科學(xué)習(xí)，利用工程學(xué)原理和多學(xué)科集成手段已構(gòu)建了一系列功能化器官芯片系統(tǒng)，建立了肝、腎、腸、血腦屏障等縮微類器官模型以及多器官集成芯片體系，并開始用于生物學(xué)學(xué)習(xí)、毒性測(cè)試和干細(xì)胞等領(lǐng)域。
　　上述學(xué)習(xí)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和科技部國(guó)際合作項(xiàng)目的支持。
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