کلیه ها ارگان هایی لوبیایی شکل هستند که از کنار هم قرار گرفتن متجاوز از یک میلیون نفرون تشکیل شده اند. نفرون‌ها خود از سه جزء تشکیل شده‌اند: شریانچه کلیوی یا گلومرولی، کپسول بومن و توبول یا لوله ادراری. توبول ها نیز دارای سه قسمت توبول ابتدایی، قوس هنله و توبول انتهایی می باشند که هر کدام عملکرد ویژه ای دارند. این ارگان حیاتی، برای فیلتراسیون پلاسما و حذف مواد زائد از خون طراحی شده است و در نهایت مواد زائد را از خون می گیرد و در ادرار دفع می کند و همزمان مواد مورد نیاز بدن را به خون بر می گرداند.
در کلیه ها، مایعی مانند پلاسما پس از تصفیه در میان مویرگ‌های گلومرولی، به داخل توبول‌ها ریخته می شود و همچنان که از توبول ها عبور می کند حجم آن کاهش می یابد و ترکیب آن به واسطه‌ی فرایندهای بازجذب، تغییر می کند. در توبول های انتهایی، مواد مورد نیاز بدن به آن بازگردانده می شود. تا زمانی که مویرگ‌های گلومرولی و توبول‌های انتهایی به خوبی در کنار یکدیگر کار کنند، فیلتراسیون و بازجذب انتخابی، خلوص و ماهیت طبیعی مایعات بدن را حفظ می کند.
عدم بازجذب مواد مغذی در توبول های انتهایی یکی از مشکلات کلیوی می باشد که بررسی آن در سطوح سلولی، پیچیده است و نیاز به مطالعات حیوانی دارد. محققان موسسهWyss هاروارد و مرکز نوآوری Roche در سوئیس اخیراً مدلی را توسعه داده اند که مویرگ های گلومرول و توبول های انتهایی کلیه طبیعی را دقیقاً تقلید می کند. در این تحقیق توبول ها و عروق خونی همراه آن، به صورت سه بعدی در کنار یکدیگر و درون یک ماتریس خارج سلولی نفوذ پذیر پرینت شدند. آن ها در این ساختار، سلول‌های اپیتلیوم توبول انتهایی و اندوتلیوم عروقی را همزمان کشت کردند و نشان دادند که مواد به واسطه ی تبادلات توبول-عروقی بازجذب شده اند.
طراحی و ساخت مدل سه بعدی توبول های انتهایی و عروق گلومرولی (a .(VasPT) تصویر شماتیکی از فرایند ساخت b.VasPT) مدل های سه بعدی ساده و پیچیده ی VasPT می توانند به سرعت طراحی و ساخته شوند. c) رنگ آمیزی ایمونوفلورسانس بافت که در آن Na+/K+ ATPase، CD31 و هسته به ترتیب به رنگ سبز، قرمز و آبی مشاهده می شوند d) تصویر بافت پس از رنگ آمیزی با بزرک نمایی بالا.
با استفاده از این مدل، بازجذب آلبومین و گلوکز به عنوان تابعی از زمان اندازه گیری و کمی شد. همچنین با قرار دادن سلول های توبول انتهایی در شرایط هیپرگلیسمی مشاهده شد که در عملکرد سلول های اندوتلیال اختلال ایجاد شده است. با بررسی های بیشتر آن ها نشان دادند که این حالت بیمار، با استفاده از یک مهارکننده انتقال گلوکز رفع می شود.
بافت های سه بعدی که ترکیب سلولی، هندسه و عملکرد بافت طبیعی کلیه را شبیه سازی می کنند، می توانند مطالعات بنیادی در مورد فیلتراسیون و باز جذب مواد را تسهیل کنند و همچنین پلت فرمی برای بررسی برون تنی عملکرد کلیه، مدل سازی بیماری ها و داروشناسی فراهم کنند.
Neil Lin یکی از اعضای این تیم در یک مصاحبه ی مطبوعاتی عنوان کرده است که “ما این کلیه های زنده را طی چند روز می سازیم و آن ها می توانند ماه ها پایدار و فعال باقی بمانند.” نتایج این تحقیق ژانویه ی ۲۰۱۹ در ژورنال PNAS (Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America) منتشر شده است.
