约翰霍普金斯大学：肾细胞不过滤血液，而是泵送血液

约翰霍普金斯大学：肾细胞不过滤血液，而是泵送血液

这一重要发现最近发表在《自然·通讯》 （Nature Communications）上。

人体肾脏是一个复杂的管道网络，每天处理大约 180 升的血液。这些管子的内衬是上皮细胞，它们将血液输送通过肾脏并将其循环回体内。这些固定细胞如何产生完成其工作所需的机械力尚不完全清楚。为了解开这种流体运输过程的秘密，约翰霍普金斯大学的一位机械工程师创造了一种设备，可以测量健康和患病肾细胞产生的机械力。

Sean Sun 是工程学院机械工程系的教授，也是纳米生物技术研究所的核心成员，Sun 指出：基本物理定律说，你需要力量来移动物体。在这种情况下，细胞没有移动，但它们正在移动流体。那么问题就变成了它们是如何做到这一点的？

Sun 和他的团队，包括机械工程专业的校友 Ikbal Choudhury 和化学和生物分子硕士生 Morgan Benson，使用他们的微流体肾泵或 MFKP 重建了肾脏微环境。该装置有两个由肾上皮细胞隔开的微通道。当细胞在通道之间传递液体时，它会实时记录细胞产生的流体压力。

研究人员注意到，肾脏上皮细胞的行为类似于机械流体泵，并主动产生流体压力梯度。流体泵送行为以泵性能曲线为特征，非常类似于房屋中的水泵。大多数人认为肾脏的行为就像一个传统的过滤器，需要外部压力来移动液体。

然而，Sun 和他的团队表明，细胞实际上可以自己产生所需的压力——这一见解对于理解肾脏生理功能具有重要意义。

Sun 指出：每个人都听说肾脏过滤血液，但从概念上讲这是不正确的。我们展示的是肾脏细胞是泵，而不是过滤器，它们正在产生力量。

Sun 的团队与马里兰大学巴尔的摩多囊肾病（PKD）研究和临床核心中心合作，还使用该设备检查了常染色体显性多囊肾病 (ADPKD) 患者的肾上皮细胞的机械行为。ADPKD 是一种常见的遗传性和侵袭性疾病，其中肾脏出现充满液体的囊肿，导致肾脏增大。该团队的设备显示，ADPKD 细胞以与健康上皮细胞相反的方向泵送液体。这种改变的泵送行为改变了肾管的压力分布，导致它们的形状和形态发生变化。

他们还使用他们的微流体肾泵在 ADPKD 细胞上测试了药物 Tolvaptan（托伐普坦）。托伐普坦是一种 FDA 批准的药物，有助于延缓 ADPKD 疾病的进展。研究小组表明，ADPKD 细胞通过降低流体泵送通量和压力梯度来对药物作出反应，这意味着囊肿应该发展得更慢。这一发现表明，该团队的设备有可能用作 ADPKD 和其他肾脏疾病新疗法的筛选工具。

该团队下一步的工作包括修改该装置以扩大测量范围，并用于其他上皮转运过程，例如发生在其他器官中的转运过程。他们想展示机械力在生物系统和器官中的重要性，这最终可以改善我们的药物筛选和疾病建模方法。