人的肾脏是一个复杂且精密的管道网络，每天要处理大约180L的液体。肾小管上皮细胞负责将液体输送到肾脏并循环回体内。基本物理定律告诉我们，移动物体需要力。显然，这些固定的上皮细胞天天都在移动大量液体。那么问题来了，它们如何产生完成其“任务”所需的机械力？

近日，发表在《Nature Communications》上的一项研究中，来自约翰霍普金斯大学的研究团队解开了肾细胞运输液体过程的秘密。

机械力是细胞生长、分化和组织形态形成过程中的重要因素。此前，科学家们已经在体外和体内对肾小管上皮细胞的转运活动进行了广泛的研究。然而，还缺乏对液体流动和液压梯度与这些细胞相互作用的理解。这主要是由于在实验中难以控制这些变量。此外，在一些上皮细胞单层模型中，也很难将压力和机械拉伸分开。因此，科学家们一直无法得出关于液压梯度如何影响跨上皮细胞液体转运的明确结论。

在这项新研究中，研究人员开发了微流体肾泵（MFKP）以重建肾脏微环境。MFKP装有两个由肾上皮细胞分隔的微通道，当细胞在通道之间传递流体时，MFKP会实时记录细胞产生的压力。

研究人员注意到，肾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，这非常类似于房屋中的水泵。

传统观点认为，肾脏是一个过滤器官，而移动液体需要外部压力。然而，研究人员发现，肾上皮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。

该研究通讯作者、约翰霍普金斯大学机械工程系教授、纳米生物技术研究所核心专家Sean Sun说：“肾脏过滤血液已成为众所周知的常识，但从概念上讲，这是错误的。我们发现，肾细胞在发挥泵的功能，它们可以产生力；而非过滤器。”

随后，Sun的团队与马里兰大学巴尔的摩多囊肾病研究所合作，使用微流体肾泵检测常染色体显性多囊肾病（ADPKD）患者肾上皮细胞的力学行为。ADPKD是一种常见的遗传性和侵袭性疾病，患者的肾脏会出现充满液体的囊肿，导致肾脏增大。

该团队的微流体肾泵显示，ADPKD中细胞泵送液体的方向与健康细胞相反。这种泵送行为变化改变了肾管道的压力分布，导致其形状和形态的改变。

他们还使用微流体肾泵在ADPKD细胞上测试了延缓ADPKD疾病进展的药物托伐普坦（Tolvaptan）。研究人员发现，ADPKD细胞通过降低液体泵送流量和压力梯度对药物作出反应，从而减缓了囊肿的发展。这一发现表明，该团队开发的微流体肾泵有潜力被用作ADPKD和其他肾病新疗法的筛选工具。

该团队表示，接下来的工作是改进微流体肾泵以扩大测量范围，并将其用于发生在其他器官中的上皮细胞转运过程。他们希望借此展示机械力在生物系统和器官中的重要性，从而可以改进药物筛选和疾病的建模方法。

来源 | 健康界

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