@ 2022.05.26 , 17:22

长久以来,我们对肾脏的理解是有偏差的:不是过滤器,而是泵

到明天这个时候,我们身体里的每一滴血都已经过肾脏几十次。肾脏的主要功能,是调节和机体水电解质平衡。它可以把机体多余的水分排出体外,可以清除我们体内的代谢废物,维持体内内环境的稳定。

我们可以将这项至关重要的任务想象成一种由心跳的巨大压力驱动的强制过滤。但是,根据约翰霍普金斯大学机械工程师肖恩·孙(Sean Sun)合作完成的新研究,这种描述并不像以前想象的那么准确。

“每个人都听说肾脏过滤血液,但从概念上讲这是不正确的。”孙说,“我们展示的是,肾细胞是泵,而不是过滤器,它们正在产生力量。”

我们碰巧错过了这种奇特的机械活动,也不是因为缺乏观察。自 17 世纪以来,解剖学家就已经了解肾脏的结构及其在从血液中产生尿液中的作用。

然而,每个肾脏都由数公里长的通道和小管组成,它们挤在一个不比你的拳头大的空间中,可能会在内部深处形成一些奇怪的管道。

研究表明,这些小管内壁的细胞可以感知静液压力的变化,甚至做出反应;然而,尚不清楚这些变化是如何发生、甚至是否会以某种方式被抵消的。

弄清楚流体是如何通过这些小管道的也不是一件容易的事。任何研究单个小管内工作的液压系统的实验都需要一些令人印象深刻的技术来筛选杂散力。

这正是孙和来自美国各地的同事的贡献。他们的微流体肾泵 (MFKP) 由图案块和多孔膜组成,能够包含排列在肾小管上的细胞培养物。

一旦细胞就位并接受了一系列电阻和渗透性测试,研究人员就会测量整个组织的压力变化,以响应注射器喷出的液体。

他们注意到细胞附近的液体运动随着液压的升高而下降,压力在组织的一端比另一端更大。正如我们所期望的,小管像泵一样起作用。

仔细观察细胞产生的蛋白质后发现,进入组织的流体压力的微小变化会改变离子通道的排列及其支撑结构,从而改变其形状和功能。

对于我们大多数人来说,这意味着从血液进入肾脏小管网络的液体部分在细胞本身的机械方向下移动,增加了一个微妙的新操作层,这可以帮助解释一系列肾脏疾病。

为了了解这种行为如何在功能较弱的肾脏中展开,研究人员使用了取自患有肾病常染色体显性多囊肾病(ADPKD)的个体的细胞。

在这种情况下,由于肾小管内壁细胞改变形状的方式,通常会形成囊肿,扭曲组织并增加肾结石和尿路感染的风险。但是,根据团队的工作,还有更多故事。研究人员观察到细胞反向泵送,压力梯度从一端翻转到另一端。

当应用 FDA 批准的药物 ADPKD 托伐普坦于被测试细胞时,它们的压力梯度变得平滑,这表明该药物通过减少对组织的压力而起作用,从而减缓可能形成囊肿的速度。

考虑到这一点,其他组织可能也有自己的机械泵送系统版本,可以在方便时调整流体压力。 孙和他的团队旨在修改他们的设备以测试其他组织和器官。

这项研究发表在《自然通讯》上。

https://www.sciencealert.com/amazing-discovery-that-the-kidney-acts-like-a-pump-to-keep-our-blood-clean


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