血管，以及另一个用于周围支持组织。实现这些干细胞的正确比例和空间排列对有效的肾组织发育至关重要。“创造这些组织就像烘焙蛋糕，”休斯解释道。“你需要正确的成分和适量的材料才能得到类似肾脏的东西。”
在扩大肾脏类器官的生产和改善其组织结构方面的进展正在进行中。研究人员正尝试各种因素，例如生化环境和机械刺激，以改进这些组织的生长。最终目标是开发出完全功能的肾脏组织，以便将来能够替代受损的器官。
展望未来
虽然这些进展令人鼓舞，但实现临床应用的道路上面临诸多挑战，包括确保人工组织在植入人体后能存活并整合。休斯强调跨多个学科（工程、生物学和医学）的合作重要性，以在这一领域取得重大进展。“这是一道复杂的拼图，”他指出，“但我们正逐渐了解如何将其拼凑在一起。”
希望通过持续的研究，肾组织工程的进展能够带来对慢性肾病更有效的治疗，从而最终改善数百万受到这一疾病影响的人的生活质量。
肾单位具有主要功能，而支持结构包括血管。与可以从单一类型的干细胞创建肠道类器官以模拟肠组织不同，肾脏类器官带来了更复杂的挑战。
休斯实验室最近在Cell Systems上的一篇发表了创新的方法：构建以马赛克模式排列的各种细胞类型的小组。通过修改每种类型干细胞的比例，研究人员能够有效改变类器官的组成。
第一作者凯瑟琳·波特与共同作者萨缪尔·格林德尔，都是生物工程的博士生，以及2023年生物工程毕业生正在加利福尼亚大学伯克利分校和加利福尼亚大学旧金山分校攻读博士学位的格蕾丝·钱，设计了定制微孔。他们使用这些微孔测试不同混合的肾干细胞，类似于烘焙师实验配方。
随着他们改变比例，研究人员确定了肾小管生产的“峰值”，指示出理想的肾组织生长细胞组成，他们称之为“合适比例”。“调整比例会导致完全不同的类器官结构，”休斯解释道。“这使我们能够创造出具有最终结果控制的设计类器官。”
将研究转化为临床应用
最终，休斯希望将这两方面的见解——理解影响肾脏发育的机械压力波以及影响类器官结构的比例——整合到实际临床应用中。“当这些类器官发育时，”他指出，“模拟这种节奏的过程可能会触发更广泛的发育反应。”
迫切需要肾脏移植和透析的替代方案无法被高估。以目前的需求情况，永远不会有足够的肾脏可供移植。“这是工程师可以致力弥补的一个重大空白，”休斯表示。在他的工作空间中，他保留着曾曾祖父的怀表，以此象征着形式和功能在复杂机械装置设计中的交织。这块手表仍然在计时。
该研究在宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院进行，得到了国家科学基金会（DMR-2309043及CAREER奖2339278和2047271）和国家卫生研究院的支持，包括国家普通医学科学研究所（R35GM133380）、国家糖尿病、消化和肾病研究所（R01DK132296）以及尤妮斯·肯尼迪·史怀尔国家儿童健康与人类发展研究所（K25HD097288和R21HD112663）的支持。
