大連化物所利用器官芯片技術構建糖尿病腎病模型

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員秦建華領導的微流控芯片研究團隊利用器官芯片技術成功構建了一種功能化腎芯片系統，并用于模擬糖尿病腎病早期病理變化，相關研究成果發表在Lab on a Chip (2017,17(10):1749-1760)雜志上。

　　糖尿病腎病是糖尿病的常見并發癥之一，也是導致慢性腎功能衰竭的主要原因，其早期腎臟損害主要表現為高血糖引起的腎小球組織結構和濾過功能破壞，并導致蛋白尿。該病發病機制復雜，給治療帶來挑戰，體外建立有效的疾病模型對深入研究其發病機制以及早期防治具有重要意義。

　　該工作中，研究人員從腎臟生理結構與功能特點出發，將前沿器官芯片技術與細胞生物學和材料學等方法相結合，通過多維分區的功能化芯片設計與構筑，創新性地構建了含有原代腎小球組織（腎小球內皮細胞和足細胞等）、基質成分和血管樣機械流體的動態三維腎芯片系統，以期反映近生理的腎小球微環境和功能特征。在此基礎上，研究人員進一步研究了高糖條件對腎小球屏障和濾過功能的影響。結果顯示，高糖刺激可誘發腎小球屏障對白蛋白濾過增加，腎小球細胞氧化應激水平增強，并出現足細胞與腎小球內皮細胞的解離與遷移，在一定程度上反映了糖尿病腎病發生過程中早期腎損害的主要病理變化特點。

　　這種工程化的腎芯片系統不僅能模擬腎小球組織的生理微環境，還可獲取病理條件下具有時空分辨特點的腎細胞動態遷移、上皮間質化（EMT）等定量生物學信息，為進一步解析糖尿病腎病的發病機制、藥物腎毒性評價以及腎小球相關疾病研究提供了一種全新的思路。特別是，該芯片系統首次實現了對原代腎小球組織超過2周的原位培養與功能維持，在很大程度上克服了傳統方法難以實現體外原代組織長期培養的技術瓶頸問題，為臨床開展少量腎組織分析鑒定以及轉化醫學研究提供了強有力的技術支撐。

　　人體器官芯片（organs-on-a-chip）是近幾年發展起來的一種新興前沿交叉學科技術，它以前所未有的方式見證機體的多種生物學行為，在新藥發現、疾病機制和毒性預測等領域具有重要應用前景。近年來，大連化物所微流控芯片研究團隊主要致力于器官芯片技術與生物醫學的交叉學科研究，利用工程學原理和多學科集成手段已構建了一系列功能化器官芯片系統，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，并開始用于生物學研究、毒性測試和干細胞等領域。

　　上述研究工作得到了國家自然科學基金和科技部國際合作項目的支持。