肾脏不断地过滤血液并清除体内毒素。诸如慢性肾病(CKD)的病症的特征在于执行该基本功能的能力降低。CKD发病率正在增长，超过140万人依靠透析或肾移植来维持生存。开发新的治疗方法需要了解疾病进展的机制，但科学家们还无法在体外准确模拟肾脏过滤- 直到现在。

肾脏含有称为肾小球的特殊结构。在每个肾小球内是一个过滤屏障，由两层高度特化的细胞层和一个充当选择性过滤器的膜组成。当血液通过每个肾小球时，毒素和小分子可以通过，而蛋白质和其他重要成分则保留在血液中。“这种过滤过程在患有肾脏疾病的患者中崩溃，”Laura Perin博士解释说，他是该研究的共同资深作者，与Stefano Da Sacco博士一起。“但由于我们没有良好的体外模型，我们仍然不知道CKD肾小球损伤的机制。”

Perin博士和Da Sacco博士与CHLA萨班研究所的联合主任Roger De Filippo博士一起在GOFARR泌尿外科再生研究和细胞治疗实验室进行研究。该研究的主要作者是CHLA博士后研究员Astgik Petrosyan。该团队一起研究肾小球的结构，以更好地了解他们过滤血液的能力和原因。

“肾脏研究领域的一大挑战是试图在体外复制肾小球，”Da Sacco博士说。“特别是，使用标准技术在实验室中很难重建肾小球滤过屏障。”因此，大多数已发表的研究在两个细胞层之间使用了人造膜。虽然可以交换液体，但细胞不能以与生物学相同的方式穿过该膜。“这导致模型无法真正过滤，”他解释道。

当前实验中缺少的关键组件是具有选择性的过滤器，允许适当的细胞间通信。Da Sacco博士和Perin博士开始以一种允许形成天然肾小球屏障的方式培养健康的肾细胞，就像在体内一样。使用名为OrganoplatesTM的专用隔室容器，研究人员就是这样做的。

结果?

一种模型肾小球，其功能几乎与真正的肾脏相同。他们称这种模式完全来自健康的人体肾脏组织，芯片上的肾小球。

在细胞的一侧，研究人员添加液体，另一方面，他们收集“肾小球”过滤器，称为滤液。在他们的实验中，科学家们添加了健康个体的血清。在不使用制造的过滤器的情况下，该团队的体外肾小球表现为人类肾脏的作用：蛋白质保留在血清中，而较小的分子进入滤液。“我们的细胞自然形成的屏障是有选择性的，就像在完全功能的肾脏中一样，”Da Sacco博士说。“非常值得。”

该模型代表了目前体外肾脏研究标准的重大飞跃。“我们的系统表现得像生理上，生理上正确的肾小球，”佩林博士说。“这为我们了解我们仍然不知道的东西打开了大门 - CKD受伤的分子机制，更重要的是，如何预防损伤。”

虽然这似乎是过去的一个遥远的目标，但是Da Sacco博士和Perin博士已经在他们的模型中重建和研究疾病状态。当研究人员从患有CKD的患者中添加血清时，他们发现肾小球在临床上表现出相同类型的损伤：蛋白质开始通过受损过滤器泄漏。在实验滤液中测量的蛋白质水平匹配患者临床滤液样品，相关性为约90%。

这一突破为众多临床应用铺平了道路。在蓬勃发展的个性化医疗时代，诸如此类的制剂可用于检查个体患者的肾损伤的分子机制。然后可以使用连续血液采样随时间监测疾病进展。该模型还可用于在人体临床试验之前筛选新药。