腎臟是人體非常重要的代謝器官，執行著過濾血液的作用，將一些不需要的廢物以尿液的形式排出。腎小球是腎臟中基本的過濾單元，人工建造這種“腎小球”模型是一件非常有挑戰的事情。來自哈佛大學的科學家們解決了這一挑戰，他們率先在器官單芯片技術中，實現了第一個體外人類腎小球模型的工程化。研究發表在了《Nature Biomedical Engineering》上。腎小球的獨特過濾功能來自于獨特的結構細胞。腎小球內有三種固有細胞：系膜細胞、內皮細胞、足細胞。足細胞（podocyte）是位于腎小球毛細血管基底膜外側的臟層上皮細胞，因其胞漿在基底膜表面形成偽足樣突起而得名。足細胞的長足突環繞著毛細血管，足突之間的裂孔膜是腎小球濾過的最后一道屏障，阻斷蛋白質、紅血球、血小板等大分子，允許小分子如水分、鹽類及糖類以及其他類型的代謝廢棄物通過，進一步形成尿液。足細胞很容易被藥物所損傷，因而對于以腎臟疾病為目標的研究來說，意義重大。想要建立一個腎小球的模型，深入探測其功能，或者用于進行藥物的腎功能安全性評價，足細胞一個非常好的切入點。由于足細胞較為脆弱，在很長的時間里，科學家們一直試圖通過干細胞來使這種足細胞能夠工程化，但是，成熟的能夠工程化的足細胞群此前一直難以獲得。來自哈佛大學威斯研究所的 Donald Ingber 博士實現了這一突破，他的團隊將人類誘導的多功能干細胞（iPS）分化成成熟的足細胞，有效率可以超過 90％。成熟的工程化的足細胞是腎小球芯片的重要前提。最初，研究人員嘗試用生物材料來促進細胞系的功能化，但是失敗了。之后他們開始轉變思路，不再是僅僅添加可溶性因子，而是將細胞外基質（ECM）的關鍵作用考慮在內，不僅如此，研究人員還考慮到了腎小球中的特殊環境，指導細胞和組織分化的機械力在其中也有重要的作用。

　　人類干細胞衍生的成熟足細胞的掃描電子顯微照片（圖片來源：哈佛大學威斯研究所）