慢性肾病和最终的肾衰竭是无法治愈的疾病，影响着13%的美国人口，尤其是那些高血压和糖尿病患者。这些疾病会使维持人体血液过滤系统的肾脏“足细胞”细胞退化，最终将患者送去透析。

寻找有效的治疗方法一直受到阻碍，因为这些高度结构化的细胞不能在体外培养，而且永生细胞系的结构与它们的结构不符。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。

8月31日发表在《科学进展》(Science Advances)上的这一发现，是由一种新的水凝胶系统实现的，该系统保存了培养足细胞的生物化学和机械环境。有了这个系统，从孤立的肾小球(肾脏的过滤单元)中提取的足细胞，可以按照健康和病变肾脏中它们附近的蛋白质模式进行培养。这些细胞迅速形成新的形状，并表达与损伤相关的新的蛋白质结构，使研究人员能够确定新的方法，可能控制这些细胞用于自愈的机制。

“我们现在有了一个了解损伤和疾病中形状变化和细胞丢失的细胞骨架动力学的窗口，”医学院肾脏病学部医学助理教授、该研究的三位资深作者之一的Hani Y. Suleiman博士说。“我们的研究揭示了伤口愈合蛋白复合物的结构和功能，它可能作为药物靶点。”Shumeng Jiang是机械工程与材料科学专业的博士生，与医学院肾内科教授Eduardo and Judith Slatopolsky和McKelvey engineering机械工程学教授Harold and Kathleen Faught的资深作者Jeffrey Miner和Guy Genin合作，是第一作者。

足细胞是一种具有分层结构的独特细胞，包括构成肾脏过滤单元结构的几乎像章鱼一样的触须。影响足细胞的疾病，如糖尿病肾病，破坏这些结构，导致肾衰竭，需要透析或移植。

“我们以前从来没有能够实时看到这些结构对压力的反应，”Miner说。“我们和其他人使用的不朽足细胞细胞系不会形成这些结构，在老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，在那里它们可以受到无尽的实验条件。”

“一个令人兴奋的新角度是研究和操纵细胞对疾病反应的力学生物学方面的能力，”美国国家科学基金会科学与技术工程力学生物学中心的联合主管Genin说。“我们现在可以量化与糖尿病和血糖升高有关的肾脏变化如何影响足细胞的机械功能和恢复能力。”

华盛顿大学已经与该校的技术管理办公室合作提交了这项技术的专利申请，该团队希望利用该系统进行一系列研究，并最终进行治疗。苏莱曼说，他相信这项技术有潜力改变治疗学的发展。

苏莱曼说:“现在我们可以对来自病变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疗法，并开始逐步治疗目前无法治愈的一系列疾病。”

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An ex vivo culture model of kidney podocyte injury reveals mechanosensitive, synaptopodin-templating, sarcomere-like structures