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肾上芯片前往国际空间站

早在2018年,一枚载有包括24张信用卡大小的微流控芯片的有效载荷的火箭将运送一个华盛顿大学肾脏研究项目到国际空间站。
华盛顿大学药学院和威斯康星大学医学院的研究人员与西雅图的芯片组织机构合作,一直在开发“肾上型芯片”。这是一个实验室模型,这个器官受到药物,毒素和环境的影响。芯片包含一个中央室内衬活肾细胞。
这个新颖的太空医学项目是试图了解微重力和其他因素如何加重肾脏健康。研究人员希望利用这些发现,在地球上设计更好的蛋白尿治疗方案(尿液中可能存在肾脏问题的蛋白质),骨质疏松症(骨质流失)和肾结石。
“失重是一种加速器,”爱德华大学药剂学和肾脏研究所研究员药剂学副教授爱德华·J·“埃德”凯利说。
 凯利解释说:“在国际空间站的微重力环境中,肾脏问题更为普遍。“他们在数周或数月内发展,而不是几十年。通过在太空数星期后研究肾上型芯片,我们期望更多地了解骨质疏松症,肾结石和其他肾脏疾病的发展。这些信息可能会导致治疗和预防方面的突破。“
该项目的第一阶段将推出测量失重对健康肾细胞影响的芯片。第二阶段将在18个月后启动,并将测量失重对患病肾细胞的影响。太空站上的宇航员将监视和维护这些芯片,然后在几周后将它们返回到地球,供UW团队检查。
西北肾脏中心和UW医学合作的肾脏研究所所长Jonathan Himmelfarb和来自UW药学院Ken Thummel,Ed Kelly和Cathy Yeung的研究人员已经开发出了肾上芯片使用Nortis技术的系统。
肾芯片含有一小份活人肾细胞样本来测试药物如何影响这些细胞。该系统提供了一种更安全,更准确,侵入性更小的药物检测方法,然后在患者身上进行检测。重要的是,这将减少药物开发研究中对动物试验的需求。
大学医学院肾脏病学教授Himmelfarb说:“使用地球上人体肾脏的芯片已经教会了我们很多关于肾功能和肾脏疾病的知识。”研究如何从引力的丧失引起的身体线索影响肾细胞功能有可能改善地球上居住的人的健康,以及防止宇航员从失重经历的医疗并发症。
肾脏是药物清除的重要器官。健康的时候,身体的两个肾脏一起工作,过滤约110到140升的血液,每天产生约1到2升的尿液。脱水或糖尿病和高血压等疾病会损害肾功能,并可能导致严重的医疗状况,包括尿液和肾结石中的蛋白质。肾脏在人体使用维生素D维持强壮的骨骼方面也起着关键的作用。这种功能下降可能会导致骨骼健康的损失。
更好地了解基础肾功能的机制可能会改善治疗肾病患者的治疗方法。大学药剂学院的药学科学家对药物如何影响和被人体处理有着重要的知识。他们在这方面的工作加强了大学医学院和肾脏研究所临床医师的研究。
太空芯片中的肾脏项目将研究微重力对近端和远端肾小管微生理系统的结构和功能的影响。这个模型被用于实验室研究,以了解肾脏如何清除药物以及药物如何损害肾脏。在人中,肾近端和远端小管位于肾的肾功能部位。它们都是复杂的,但结构不同。这个新的芯片项目扩展了以往的工作,通过添加远端小管来模拟近端小管。
UW医药与肾脏研究所团队与UW药学院合作,与科罗拉多大学的BioServe空间技术公司合作,与专门开发太空发射科学测试设备的工程师合作。
这个为期四年的300万美元赠款是由美国国家卫生研究院(NIH)的一部分国家推进转化科学中心(NCATS)授予的。美国宇航局负责管理国际空间站美国国家实验室的空间科学促进中心(CASIS)将提供太空飞行,空间站时间和空间站人员费用,用于实物总计800万美元。
官方项目将于2017年9月底在佛罗里达州的卡纳维拉尔角启动。

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