肾脏再生医学研究进展

所属分类：医学论文  日期：2018-08-23  浏览：次

YX00228

皮皮 <sabrina_pipi@163.com>

 

                    黎颖，张玲^*

             重庆医科大学附属第二医院，邮编400010

摘要：终末期肾衰竭患者的治疗主要是肾脏移植和透析，而透析只

能替代肾脏的部分功能，肾脏移植则受到移植器官来源有限及移植后引

发免疫排斥反应等因素的限制。因此，针对终晚期肾病和肾衰的治疗迫

切需要寻找新的技术和手段。随着再生医学技术研究的不断深入，运用

组织工程技术研制可供移植的肾脏组织为肾病的治疗带来了新的希望。

本文就肾脏再生医学的研究进展综述。

关键词：肾脏，再生医学，组织工程，细胞再生医学技术，

再生医学材料，生物人工肾脏，肾脏培育再生

 

肾脏是人体重要的生命器官,肾脏疾病严重影响着患者的健康和生活

质量。血液透析和肾脏移植是目前临床上常用的治疗终晚期肾病与急性肾

衰的方法，但透析只能替代肾脏部分功能，肾脏移植则受到供体来源短缺

和移植后免疫排斥反应等因素的限制，再生医学为终末期肾衰竭患者的治

疗带来了希望。已有大量研究开始运用细胞移植，材料科学，生物工程等

原理构成生物替代物，使受损组织恢复和维持正常功能。肾脏再生医学研

究内容主要包括细胞再生医学技术，再生医学材料的运用和细胞/支架复

合物构建组织工程化肾脏。

1.细胞再生医学技术

 目前肾脏组织再生的研究主要集中在种子细胞的来源上。人体胚

胎干细胞具有自我更新和多潜能分化能力，在体外可分化为任何细胞

类型。已有部分研究报道了胚胎干细胞在无滋养层的情况下也可生长，

若维持其未分化状态可在培养中长期存活^[1]。但因伦理道德原因而限制

了胚胎干细胞的临床应用。

不同于胚胎干细胞技术，重构是一种通过脱分化成体细胞从而产

生患者特定多能干细胞的新技术。重构技术产生的细胞基因与体细胞

一致，故不会产生排斥反应。Yamanaka^[2]第一个发现老鼠胚胎成纤维和

成鼠成纤维可被重构成‘诱导多能阶段’（iPS）。这种iPS细胞具有胚

胎干细胞自我更新特性以及对胚胎干细胞的特异性表达。当iPS细胞

被注入老鼠胚囊，他们可分化为各种细胞类型。近期研究结果提示人

体细胞的重构已成为可能^[3]。

 另一种干细胞来源是羊水和胎盘。有新的研究^[4]报道了来源于羊水

和胎膜的胎儿干细胞表达的标记（如OCT4和SSEA-4）同样存在于胚胎干

细胞。这些细胞具有多分化潜能、自我复制能力、可被冷冻保存，且不会

有免疫排斥风险和伦理道德风险。

成体干细胞是目前了解得最清楚的干细胞。过去十年，已在许多成体

组织器官（如脑、皮肤和肌肉）中发现了成体干细胞群。许多其他类型的

成体干细胞已经被证实在体内器官中存在并作为相应器官的主要修复实体^[5]。

然而，成体干细胞因很难大规模培养至组织再生所需数量而研究发展缓慢。

 

2.再生医学材料

   在组织工程中，人工构建细胞外基质模型即组织工程支架是最为关键

的步骤之一。理想的组织工程生物材料必须具备的性能包括：1、具有

适宜的孔径和孔隙率2、具有良好的生物相容性，无炎症反应，无致癌

性和致畸性3、可降解吸收，且降解速率与组织或器官的再生匹配4、

具有足够的机械强度和良好的生物机械适应性4、可塑性良好，可根据

需要构建特定的三维结构。

因营养成分和氧气供应有限，组织工程化移植物的体积被限制在3mm²以下.

理想的再生医学材料还需要具有促进血管再生功能。已经有研究开始尝试在

种子细胞种植前将基质预血管化^[7]。

目前主要有三种材料用于构建组织和器官^[8,9]：1）生物源材料：有更好

的生物适应性并且可提供类似正常组织的细胞外环境，已有许多实验扩大其

应用范围^[10]。如经提纯的胶原和藻酸盐；经脱细胞处理的天然细胞外基质，

如小肠粘膜下层和膀胱粘膜下层2）改性的合成材料:将合成的高分子材料

用生物活性物质改性处理，使材料具有更好的可降解性，降低的免疫原性，

更好的生物相容性和生物活性，提高诱导组织再生能力。如氨基酸聚合物和

生物降解合成的聚合物。3）纳米材料:包括单纯纳米材料、电纺技术复合纳

米材料。

3.组织工程促进肾脏再生

肾脏因复杂的结构和功能，让重建极具挑战性。一些学者正探索用生物

化装置替代肾脏功能，而另外一些学者旨在通过组织工程让肾脏完全再生。

3.1生物人工肾脏

   生物人工肾脏是由生物人工血滤器和生物人工肾小管辅助装置（RAD）组

成，具有正常肾小球的滤过、分泌和肾小管细胞的重吸收、内分泌和代谢多

种功能。

Humes HD等^[11]以患急性尿毒症的狗为模型，将血滤器和RAD组成生物人

工肾，观察其疗效。在治疗过程中，血尿素氮和钾离子浓度降低，并且

这种人工肾有钾离子、碳酸氢盐、葡萄糖主动转运和分泌氨的能力。运

用相关技术，将这种含有RAD的生物人工肾脏治疗急性肾衰竭患者，初

步临床经验提示肾脏小管细胞治疗可用于肾脏功能替换治疗^[12].

   生物人工血滤器和RAD的研究发展使可携带或可植入生物人工肾脏将

成为可能，现尚待解决的问题主要是透析液的制备和装置体积的缩小^[13]。

3.2肾脏培育再生

目前正在研究是否能通过再生医学技术完成肾脏细胞生长、扩增、体内重新培育肾脏器官^[14]。研究者们^[15]将兔肾脏细胞扩增后种植在生物降解聚乙交酯支架上，然后植入无胸腺的老鼠皮下。结果证明含有聚合物纤维的肾单位各部分在形态构造上有很大进步，但已经丧失的肾小管结构是否可以重新再造尚不清楚。

Yoo JJ等^[16]试图重建肾脏内皮细胞，他们将老鼠肾脏细胞提取、扩增，种植在聚碳酸酯膜构成的小管装置上，植入老鼠皮下，最后收集的液体呈黄色，并含有较高浓度的尿酸和肌酐。组织学检查证明有广泛的血管再生，肾小球结构重建以及大量小管样结构组成。进一步研究将支架换成脱细胞的胶原基质，肾小管和类似肾小球结构在移植后第八周被观察到。这些结果说明由单细胞形成的多细胞结构可以组成具有功能的肾单位，能排泄出类似尿液的液体和高浓度的溶质。

近期研究从新生兔肾脏皮质中分离出肾干/祖细胞，将其种植在聚酯纤维网上，并用醛固酮诱导肾小管发生。结果证明肾小管紧邻聚酯纤维网生长，小管中包含已分化内皮细胞^[17]。

4.结论

再生医学包括组织工程，细胞生物，核移植，材料科学，技术人员，以及聚合物的设计，这些对延续人类生命是非常重要的^[17]。目前组织工程化肾脏仍还处于研究阶段，但最近的研究提示组织工程化肾脏可能将会是第一个功能完全被替代的人体器官，为那些需要肾脏再生修复或替换的患者带来了希望。

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