近日，豫北医学院研究团队在Cytotechnology期刊发表题为《The applications of organoids in kidney diseases: progress and challenges》的综述，系统总结了肾脏类器官的培养技术、在肾病研究中的应用进展，以及当前面临的技术挑战和可能的解决方案。

肾脏类器官正在成为肾病研究、药物筛选和精准医疗领域的重要工具。它不仅能模拟肾脏的关键结构，还能在体外再现部分肾功能。本文带你了解肾脏类器官的培养、应用与挑战。

肾脏类器官是一种由原代组织或干细胞在体外培养形成的三维细胞聚集体。在特定诱导条件下，这些细胞聚集体可以分化为复杂的肾单位结构，包括肾小球、近端小管和远端小管等。

肾脏类器官具有自我更新和自我组织的能力，在结构和功能上与真实肾脏高度相似。正因如此，肾脏类器官在新药研发、疾病建模、个性化医疗和肾脏疾病治疗干预等方面展现出巨大潜力。

与传统二维细胞培养相比，类器官在基因组稳定性和生理细胞组成上更接近人体；与动物模型相比，类器官培养更高效、更省时，尤其适合研究缺乏成熟动物模型的疾病。

目前，类器官培养的细胞来源主要包括：

不同来源的类器官各有特点。iPSCs来源的类器官通常表型较不成熟，主要用于器官发生研究；ESCs来源的类器官更适合研究后期发育阶段；ASCs来源的类器官培养方案相对简单，成熟度更高，更接近成体组织。

类器官培养的基本流程包括：

常用鉴定方法包括STR分析、HE染色、免疫组化、免疫荧光和扫描电镜等。这些方法可以精确识别高分辨率亚细胞结构、特定蛋白表达模式和静态遗传信息。

近年来，无标记实时成像、多组学分析和人工智能分析技术也为类器官评估提供了新手段，能够在不标记的情况下纵向追踪类器官发育和分化。

图1. 类器官培养与鉴定流程总结。

培养方法有哪些？

这些方法各有优劣。例如，浸没培养生物相容性好，但类器官中心易缺氧；气液界面培养能更准确模拟人体生理机制，但中心区域易受ROS和缺氧损伤；旋转生物反应器和微流控芯片培养需要特殊设备，成本较高。

根据细胞来源和模拟的肾脏结构，肾脏类器官可分为五类：

1. 作为疾病模型

肾脏类器官已成功用于多种肾病建模，包括：

例如，Lim SW等人建立了同种异体肾脏类器官，成功模拟了免疫介导的移植排斥反应；Saei H等人构建了X连锁Alport综合征类器官模型，并验证了反义寡核苷酸疗法的效果。

2. 作为药物筛选细胞模型

与传统2D细胞培养和动物模型相比，肾脏类器官在基因组特征、细胞组成和功能特性上更接近人体细胞，药物反应数据更具临床参考价值。

例如，Mae SI等人利用ADPKD类器官发现其对维甲酸受体激动剂有响应；Tse RT等人培养肾细胞癌类器官，发现其与原发肿瘤具有相似的免疫特征和基因突变，可用于肾癌药物筛选。

3. 用于肾毒性检测

肾脏在药物蓄积和排泄中起核心作用，肾毒性是药物研发失败的重要原因。传统啮齿动物模型难以准确复制肾小管转运体的复杂性和异质性。

肾脏类器官能更贴近体内微环境，为研究细胞间相互作用提供更好平台。例如：

4. 用于临床前治疗评估

肾脏类器官还可用于评估肾病治疗干预效果。例如：

2025年，西班牙研究团队将hPSC肾脏类器官灌注到离体猪肾中，再移植回原动物，24和48小时后类器官仍保持良好活力，未观察到免疫排斥。

图2. 肾脏类器官在肾脏疾病临床前治疗评估中的最新应用总结。

尽管前景广阔，肾脏类器官仍面临多项挑战：

短期内，可通过优化培养条件、补充生长因子和共培养策略，部分模拟血管、免疫和神经微环境。

中期，可整合三维生物打印、微流控芯片等技术，构建精确血管结构，施加模拟血流的流体剪切应力，促进神经突触生长和连接。

长期来看，多系统协同整合有望开发出包含功能性血管、神经网络和免疫组分的肾脏类器官，并借助宿主生理环境促进类器官成熟和功能化。

此外，人工智能和大数据分析有望推动自动化培养系统、肾脏类器官生物样本库和广泛临床试验的建立，加速肾脏类器官规模化生产与转化应用。

参考文献：

Feng Q, Yang J. The applications of organoids in kidney diseases: progress and challenges. Cytotechnology. 2026 Oct;78(5):194