生物通報道：通過利用基因組編輯技術，現在科學家可以在實驗室培養微型腎臟細胞器，在培養皿中重現人類腎臟病。

這一研究成果尚屬首次，是通過干細胞生物學與領先的基因編輯技術相結合而實現的。相關研究結果發表在十月二十三日的《Nature Communications》，這項研究為腎病的個性化醫療，鋪平了道路。延伸閱讀：迄今為止最成功的腎臟替代制備。

迷你腎臟細胞器是由多能干細胞長成的。多能干細胞可以發展成為身體任何類型的器官。當用一種化學混合物處理這些干細胞時，它們會發育成類似于小型腎臟的結構。這些細胞器含有小管、過濾細胞和血管細胞。它們可運輸化學物質，并以類似于人腎小管的方式響應有毒損傷。

波士頓布里格姆婦女醫院的Benjamin Freedman帶領了這項研究，他指出：“一個主要的懸而未決的問題是，我們是否可以用這項技術，在實驗室的培養皿中重現人類的腎臟疾病。”他現在是華盛頓大學的醫學副教授和華盛頓大學醫學院研究員。

他說：“這個問題的答案，對于了解微型腎臟用于臨床腎臟再生和藥物發現的潛力，非常重要。”

為了再現人類的疾病，Freedman和他的同事們使用稱為CRISPR的基因編輯技術。他們設計了微型腎臟，具有與兩種常見腎臟疾病（多囊性腎病和腎小球腎炎）相關的遺傳改變。

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這些細胞器表現出這些疾病的特點。那些具有多囊腎病基因突變的細胞器，形成了氣球狀、充滿液體的囊袋，稱為囊腫，來自于腎小管。具有podocalyxin基因（與腎小球腎炎相關）突變的細胞器，失去了過濾細胞之間的聯系。

這項研究的資深作者Joseph Bonventre解釋說：“一個單一的基因突變，可導致與人類疾病相關的腎臟結構變化，從而可以讓我們更好地了解疾病，并作為模型來開發治療性藥物，來治療這些疾病。”他是布里格姆婦女醫院腎臟部門的主任，也是哈佛干細胞研究所的研究人員。

Freedman補充說：“這些基因工程的微型腎臟告訴我們，人類的疾病可歸結為簡單的組件，可以在培養皿中創建。這為我們提供了更快、更好的方法，來進行‘培養基臨床試驗’，以測試可能對人類起作用的藥物和療法。”

研究人員發現，基因匹配的、沒有疾病相關突變的腎臟細胞器，沒有表現出任何疾病的跡象。

Freedman解釋說：“CRISPR可以用來糾正基因突變。我們的研究結果表明，利用CRISPR進行基因糾正，可能是一種有前景的治療策略。”

在美國，腎臟病每年的費用大約是400億美元。腎臟疾病影響全球約7億人。1200萬名患者患有多囊性腎病，有200萬患者出現了腎衰竭。透析和腎臟移植——腎功能衰竭患者的唯一選擇，可能會導致有害的副作用和較差的生活質量。

Freedman說：“由于這項新技術，我們現在可以按需地培育新的腎組織，它們與患者自己的身體是百分百免疫兼容的。”

他補充說：“我們已經表明，這些組織可以模擬正常和患病的腎臟，這些細胞器在移植后能在小鼠體內存活。接下來的問題是，這些細胞器在移植后是否可以執行腎臟的功能。”

（生物通：王英）

生物通推薦原文摘要：

Modelling kidney disease with CRISPR-mutant kidney organoids derived from human pluripotent epiblast spheroids
Abstract: Human-pluripotent-stem-cell-derived kidney cells (hPSC-KCs) have important potential for disease modelling and regeneration. Whether the hPSC-KCs can reconstitute tissue-specific phenotypes is currently unknown. Here we show that hPSC-KCs self-organize into kidney organoids that functionally recapitulate tissue-specific epithelial physiology, including disease phenotypes after genome editing. In three-dimensional cultures, epiblast-stage hPSCs form spheroids surrounding hollow, amniotic-like cavities. GSK3β inhibition differentiates spheroids into segmented, nephron-like kidney organoids containing cell populations with characteristics of proximal tubules, podocytes and endothelium. Tubules accumulate dextran and methotrexate transport cargoes, and express kidney injury molecule-1 after nephrotoxic chemical injury. CRISPR/Cas9 knockout of podocalyxin causes junctional organization defects in podocyte-like cells. Knockout of the polycystic kidney disease genes PKD1 or PKD2 induces cyst formation from kidney tubules. All of these functional phenotypes are distinct from effects in epiblast spheroids, indicating that they are tissue specific. Our findings establish a reproducible, versatile three-dimensional framework for human epithelial disease modelling and regenerative medicine applications.