人工肾生物反应器使猪肾细胞存活

　　一项临床前研究表明，研究人员首次声称，放置在利用硅纳米孔膜的可植入生物反应器中的人类肾脏细胞可以在猪体内存活，并模仿几种重要的肾脏功能，而无需全身免疫抑制。研究人员为肾脏项目(The Kidney Project)报告的这一结果，代表了在开发可植入生物人工肾脏的目标上取得的一项关键成就。

　　

加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家们正在研究一种治疗肾衰竭的新方法，有朝一日，人们在移植肾后将不再需要透析或服用抑制免疫系统的药物。研究人员声称，临床前研究首次表明，放置在可植入生物反应器中的人肾上皮细胞(HRECs)可以在猪体内存活，并模仿几种重要的肾脏功能，而无需全身免疫抑制。

这一结果代表了肾脏项目的一项重要成就，该项目由加州大学旧金山分校的Shuvo Roy博士(技术总监)和范德比尔特大学医学中心的William H. Fissell医学博士(医学总监)共同领导。报道的研究重点是证明未来植入式生物人工肾(iBAK)的生物反应器组件的概念证明，该组件含有硅纳米孔膜(SNPs)来保护细胞免受免疫排斥。最终的目标是用不同的肾细胞填充生物反应器，这些细胞执行重要的功能，如平衡体液和释放激素来调节血压，然后将其与过滤血液废物的血液过滤装置配对。

“我们专注于安全地复制肾脏的关键功能，”Roy说，他是加州大学旧金山分校药学院的生物工程教授。“生物人工肾脏将使肾脏疾病的治疗更有效，也更容易忍受和舒适。”

Roy、Fissell及其同事在《Nature Communications》杂志上发表了一篇题为《Feasibility of an implantable bioreactor for renal cell therapy using silicon nanopore membranes》的论文。在他们的论文中，研究人员总结道:“我们提出了开发iBAK的初步步骤，其中将包括一个含有细胞的生物反应器组件，以重现天然肾小管功能……具体来说，在这项初步研究中，我们证明了利用SNM的生物反应器的可行性，该生物反应器可以潜在地免疫保护超急性排斥反应，并在体外和体内维持HREC。”

作者指出，全世界有超过200万人接受终末期肾病(ESRD)的治疗，随着糖尿病和高血压发病率的增加，终末期肾病的发病率也在上升。在美国，超过50万人每周需要多次透析，尽管肾移植可以提供“极好的结果”，活体捐赠器官接受者的五年存活率>80%，但没有足够的捐赠者。每年只有大约2万人接受器官移植。此外，移植受者所需的终身免疫抑制可能导致严重的健康问题，而移植排斥的潜在可能性也是一个持续关注的问题。

肾脏项目旨在创造一个生物人工肾脏，作为肾脏衰竭的永久解决方案。在他们报告的研究中，Roy和同事设计了一个生物反应器，直接连接血管和静脉，允许营养物质和氧气通过，就像移植的肾脏一样。该生物反应器由硅纳米孔膜(SNMs)组成，可以保护体内的肾细胞免受受体免疫细胞的攻击。科学家们指出:“这些硅纳米孔膜由于其高分子选择性，非常适合作为隔离屏障。”

在他们的测试案例中，研究人员使用了一种称为近端小管细胞的肾细胞，它可以调节水分。来自密歇根大学的合著者H. David Humes医学博士此前曾使用这些细胞帮助重症监护病房的透析患者获得挽救生命的结果。研究人员写道:“在这里，我们专注于iBAK的生物反应器组件，并描述了开发可植入装置的第一步，以复制肾小管的关键功能，其最终目的是与可植入血液过滤器串联起作用。”

“…我们报告了一种概念验证的植入式生物反应器，它含有硅纳米孔膜，可以为人类肾上皮细胞提供一定程度的免疫保护。”

研究小组对移植后的肾细胞和受体动物进行了7天的追踪，结果都很好。“我们组装并植入了含有snm的生物反应器原型，并在只接受抗血小板药物的猪身上证实了它们长达7天的通畅性。此外，该生物反应器在免疫能力强的猪中支持包封异种HREC，而无需进行全身免疫抑制。”该团队确实注意到，实验设计是为了研究细胞活力而优化的，而不是为了研究运输或代谢功能。然而，他们写道:“我们报告了一种概念验证的植入式生物反应器，它含有硅纳米孔膜，可以为人类肾上皮细胞提供一定程度的免疫保护。”

下一步将在动物身上进行为期一个月的试验，最终在人体上进行试验。“我们需要证明功能性生物反应器不需要免疫抑制剂，我们做到了，”Roy说。“我们没有并发症，现在可以迭代，达到人体尺度的整个肾脏功能。”

研究人员总结道:“我们证明了一种生物反应器的可行性，它具有很有前景的特性，比如可能不需要免疫抑制或全身抗凝，而不会影响细胞活力或功能。未来的努力将集中在增加细胞数量和植入时间，增加动物数量，以建立统计意义和明确的证据。”