在胚胎肾中，三种类型的前体细胞相互作用以形成肾的三维结构：肾单位祖细胞，输尿管芽和间质祖细胞。已经建立了通过来自小鼠多能干细胞(PSC)的肾单位祖细胞诱导肾单位结构的方法。然而，由于不包括其他祖细胞，因此不再复制肾的“高阶”结构(分化的肾单位结构通过分支集合管彼此有机连接的状态)。现在，日本的一个研究小组开发了一种利用PSCs诱导输尿管芽生成的方法，输尿管芽是分支集合管的祖细胞，并成功地再现了肾脏的高阶结构。

越来越多的患者患有慢性肾病，全世界有超过200万人患有终末期肾病。接受血液透析的患者的生活质量下降，因为他们在其余生中每周需要几个小时的治疗。不幸的是，肾移植的机会有限，而Yamanaka教授等人于2006年发现了iPS细胞。日本京都大学提高了对再生医学的期望，以建立功能齐全的器官。然而，再现整个器官结构的过程很有挑战性。来自日本熊本大学分子胚胎学和遗传学研究所(IMEG)的再生医学研究人员致力于生产功能齐全的肾脏。为此，重要的是从PSC重建高阶肾结构。

以前的研究表明，三种祖细胞的相互作用对胚胎肾脏器官发生至关重要：形成肾单位的肾单位 祖细胞，作为收集导管基底的输尿管芽，以及产生填充组织的间质祖细胞结构之间的差距。输尿管芽特别重要，因为它们在肾脏高阶结构发育中起着重要作用。

[Top]在8.75和11.5天之间，小鼠胚胎中的Wolffian导管成熟并获得分支能力。11.5天后，肾单位和间质祖细胞以及输尿管芽开始发育。输尿管芽和高阶肾结构的分支在15.5天左右形成。[底部]先前开发的PSC衍生的肾脏类器官包含随机诱导的肾单位结构，其缺乏组织和肾间连接。注意缺乏支气管输尿管上皮和肾单位祖细胞。图片来源：Atsuhiro Taguchi博士和Ryuichi Nishinakamura教授

2013年底，熊本大学研究小组率先开发了一种来自小鼠胚胎干细胞(ESCs)和人类iPS细胞的肾单位祖细胞的诱导方法，并成功创造了包括肾单位结构在内的三维肾组织。从那时起，世界各地的各个实验室都报告了几种创建肾单位的方法。然而，没有研究再现了互连肾单位的集合管的分支结构。这些相互连接是必不可少的，因为肾单位产生的尿液必须通过收集管并进入输尿管进入膀胱排泄。因此，研究人员研究了一种从PSC诱导输尿管芽的方法，

他们首先发现小鼠沃尔夫管(WDs)，输尿管芽的前体，逐渐成熟，并在胚胎发生日(E)8.75和E11.5之间获得分支能力。然后他们能够在体外培养WD细胞并确定产生成熟输尿管芽所必需的生长因子。最后，他们开发了一种方案，通过E8.75 WD样细胞从小鼠胚胎干细胞中诱导E11.5输尿管芽样细胞。这里揭示了肾单位祖细胞和输尿管芽需要单独优化的条件以成功诱导。

通过将单个芽与胚胎肾前体共培养，或与ESC衍生的肾单位祖细胞和胚胎基质祖细胞的混合物共培养，进一步验证小鼠ESC衍生的输尿管芽的功能。在重建的肾脏类器官中，研究人员观察到输尿管芽尖表面上分支的输尿管上皮，分化的肾单位和肾单位祖细胞的形成，从而证实了诱导的输尿管芽的功能和高阶肾结构的重建。

通过略微修改方案，研究人员能够诱导人类iPSCs的输尿管芽，并确认其与生长因子一起培养时的分支能力。当他们对耗尽PAX2的人iPSC系进行相同的实验时，PAX2是已知对小鼠输尿管芽形成和人类肾脏发育所必需的基因，未诱导输尿管芽并且未观察到分支。因此，使用源自iPS细胞的输尿管芽来研究由基因突变引起的肾脏异常是可行的。

“我们的结果显示了在某种程度上重建来自PSC的高阶器官结构的可能性。它们的关键是根据个体发育起源和成熟过程诱导和组合不同类型的祖细胞，”熊本县助理教授Atsuhiro Taguchi说。大学，谁领导研究。“这项工作为肾脏器官再生提供了基本策略，并为阐明器官发生机制打开了大门。”

“这项研究显示了如何人工繁殖复杂器官如肾脏的形状。然而，要从PSC制造完整的器官，必须开发一种诱导间质祖细胞的方法，”合着者兼负责人Ryuichi Nishinakamura教授补充说。这个发现的研究实验室。“为了使肾脏正常运作和生长，血管组织的结合是必不可少的。在移植肾脏组织中仍然存在许多问题，但这项研究应该进一步促进肾脏的进展再生研究。例如，收集导管组织中先天性畸形的复制和检查应该看到很大的改善，因为我们现在能够根据需要创建集合管组织 - 这是迄今为止尚未用于再生科学的任务。