《AM》天然水凝胶支持肾脏类器官生成并促进体外血管生成

2024年5月，西班牙加泰罗尼亚生物工程研究所Nuria Montserrat教授团队在期刊《Advanced Materials》（IF：29.4）在线发表题为：Natural Hydrogels Support Kidney Organoid Generation and Promote in vitro Angiogenesis 的高水平研究论文。

论文摘要

迄今为止，旨在调节类器官衍生过程中细胞与细胞外基质（ECM）相互作用的策略在很大程度上仍未得到探索。在此，我们用猪和人肾皮质制成肾脏脱细胞细胞外基质（dECM）水凝胶，作为生物材料，在人多能干细胞（hPSC）开始肾脏类器官分化的过程中，丰富细胞与ECM之间的相互作用。肾脏dECM衍生的水凝胶与hPSC衍生的肾脏祖细胞结合使用，确定了二维和三维肾脏类器官分化的新方法，证明了在这些生物材料存在的情况下，产生的肾脏类器官表现出肾脏分化特征，并形成内源性血管成分。基于这些观察结果，通过将源自hPSC的内皮样类器官与肾脏类器官进行三维组装，实现了一种生产具有血管样结构的肾脏类器官的新方法。利用这些培养平台作为肾脏生成的新模型，对肾脏分化和肾细胞形态的主要读数进行了评估。总之，这项工作表明，在hPSC开始肾脏分化的过程中利用细胞与细胞间质的相互作用促进并优化了目前的肾脏类器官衍生方法，从而提高了这些独特的培养细胞平台在个性化医疗中的效用。

创新点

1. 从猪和人的肾脏组织中制备了自然衍生的ECM水凝胶。这些水凝胶是从经过去细胞化处理的肾脏组织中提取的，用于支持hPSC分化为肾脏类器官。

2. 利用这些自然衍生的水凝胶，研究人员在2D和3D环境中促进了hPSC向肾脏祖细胞的分化，并观察到肾脏类器官的内源性血管组分的丰富以及肾脏分化特征的改善。

3. 开发了一种新方法，通过将hPSC衍生的内皮样类器官与肾脏类器官结合，在3D环境中生成具有血管样结构的自组织内皮-肾脏组装体（assembloid）。

4. 通过在鸡胚绒毛膜（CAM）上移植这些水凝胶，研究人员展示了这些生物材料的血管化潜力，证明了它们能够促进hPSC衍生的肾脏祖细胞自组织并形成包含血管组分的复杂多细胞结构。

5. 提供了关于肾脏类器官形态发生和ECM相互作用的见解，并为开发新的肾脏类器官血管化程序提供了基础，这可能对临床相关环境中的类器官移植以及对人类疾病中血管功能障碍的研究具有即时应用前景。

文献精读

Q1：本研究中使用的自然衍生水凝胶是如何促进肾脏类器官的生成和血管化的？

A：自然衍生水凝胶是从猪和人的肾脏组织经过去细胞化处理后制备的。这些水凝胶模拟了肾脏的天然ECM，为hPSC提供了一个有利于分化和血管化的微环境。它们通过提供必要的生物活性分子和物理支持，增强了肾脏类器官的内源性血管组分，并改善了肾脏分化特征。此外，这些水凝胶还促进了hPSC衍生的内皮样类器官与肾脏类器官的结合，形成具有血管样结构的3D自组织内皮-肾脏组装体。

Q2：研究人员如何评估这些水凝胶在肾脏类器官分化中的作用？

A：他们利用组织学染色和免疫组织化学分析肾脏类器官的结构和特定肾脏标记物的表达。通过RNA测序技术比较了在有无水凝胶条件下培养的肾脏类器官的基因表达差异。此外，还使用了CAM模型来评估水凝胶的血管化潜力。通过对肾脏类器官的形态学和分子标记物的定量分析，研究人员能够评估水凝胶对肾脏分化和血管化的影响。

Q3：本研究中生成的assembloid在肾脏疾病建模和治疗研究中的应用潜力如何？

A：assembloid具有模拟人类肾脏结构和功能的能力，因此在肾脏疾病建模和治疗研究中具有巨大的应用潜力。它们可以作为研究肾脏疾病进展和测试新治疗方法的平台。由于这些组装体包含血管样结构，它们特别适合研究血管功能障碍相关的肾脏疾病，如糖尿病肾病。此外，这些组装体还可以用于药物筛选，以发现和评估可能对肾脏疾病有治疗作用的新药物。最终，这些组装体还有可能用于再生医学，作为肾脏移植的潜在替代品。

结果图

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38762768/

来源：类器官星球