泌尿系统是人体新陈代谢产物的重要排泄途径，具有调节酸碱平衡的作用，对维持机体内环境的稳定具有重要作用[1]。肾脏是泌尿系统的重要组成部分，承担着过滤代谢废物并排出体外及重吸收各种营养物质的重要使命。
全球约有八亿五千万人罹患慢性肾脏病，目前慢性肾脏病在疾病致死率排名第11位。在中国，慢性肾脏病的患病率高达10.8%，患者人数超过1亿，需要接受肾脏替代治疗的终末期肾病患者有150多万，并以每年新增12万～15万的趋势持续上升。而肾脏替代治疗一直处于供应短缺的状态，肾脏类器官的研究与发现为肾脏病的治疗带来了希望的曙光。
以iPSCs为来源的肾脏类器官可以在体外重现部分肾脏结构和功能，推进了肾脏类器官在器官发育及组织修复、疾病建模、肾脏毒性检测等领域的研究[2,3]。
2009年肠道类器官的首次培养成功，极大的促进了泌尿系统中肾脏、前列腺、膀胱等类器官领域的发展。在多能干细胞诱导分化成为不同的肾脏细胞的基础上，多种肾脏类器官的诱导分化方案也应运而生。Littlet团队根据以往对书胚胎干细胞的培养分化经验，提出了含activin，视黄酸或含CHIR99021的两种分化方案，可以成功的使胚胎干细胞分化成为输尿管芽等肾祖细胞群体[4]。Morizane等人改变了分化方案中CHIR99021的作用时间，9天内就可以获得80%-90%的后肾间充质细胞群体，提高了肾单位的形成率[5]。
Taguchi和Nishinakamura[6]利用不同剂量的 activin A/BMP对UB和NP进行选择性诱导，最终诱导分化成高度有序的、与肾脏结构极为相似的高序列肾脏类器官。2021年Zeng[7]等人报道了hPSCs诱导分化为成熟的集合管类器官，该类器官拥有与成体肾脏集合管相同的两种主要细胞类群:主细胞(principal cell,PC)和闰细胞(intercalated cell,IC)。这为进一步研究肾脏发育提供了重要的类器官平台。
利用PSCs分化而来的类器官修复小鼠损伤脏器已有相关报道[8]。Toyohara等人[9]首次证实了以iPSCs来源的部分血管化的肾脏类器官移植到急性肾损伤小鼠体内后，可显著抑制血尿素氮和血清肌酐水平的升高，减轻肾小管坏死等组织病理学改变，证明肾脏类器官在组织修复和肾脏移植等方面具有巨大的应用潜力。此外，肾脏类器官能够模拟肾脏实质细胞形态与功能，为药物肾毒性测试提供了更加接近人体生理的研究模型[10]。
伴随着泌尿系统相关类器官模型的建立，类器官在泌尿外科疾病研究中发挥了重要的作用，为泌尿系统疾病的治疗和药物的筛选提供了潜在方式。可用于构建泌尿系统的生理和疾病模型，包括遗传性肾病模型、药源性肾损伤模型、感染性肾病模型、癌症模型等系统疾病的发病机制。
[1] de Groat WC, Griffiths D, et al. Neural control of the lower urinary tract. Compr Physiol. 2015 Jan;5(1):327-96. doi: 10.1002/cphy.c130056.
[2] Sachs N, de Ligt J, et al. A Living Biobank of Breast Cancer Organoids Captures Disease Heterogeneity. Cell. 2018 Jan 11;172(1-2):373-386.e10. doi: 10.1016/j.cell.2017.11.010.
[3] Trujillo CA, Muotri AR. Brain Organoids and the Study of Neurodevelopment. Trends Mol Med. 2018 Dec;24(12):982-990. doi: 10.1016/j.molmed.2018.09.005.
[4] Taguchi A, Nishinakamura R. Higher-Order Kidney Organogenesis from Pluripotent Stem Cells. Cell Stem Cell. 2017 Dec 7;21(6):730-746.e6. doi: 10.1016/j.stem.2017.10.011.
[5] Morizane R, Lam AQ, et al. Nephron organoids derived from human pluripotent stem cells model kidney development and injury. Nat Biotechnol. 2015 Nov;33(11):1193-200. doi: 10.1038/nbt.3392.
[6] Astashkina AI, Jones CF, et al. Nanoparticle toxicity assessment using an in vitro 3-D kidney organoid culture model. Biomaterials. 2014 Aug;35(24):6323-31. doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.04.060.
[7] Zeng Z, Huang B, et al. Generation of patterned kidney organoids that recapitulate the adult kidney collecting duct system from expandable ureteric bud progenitors. Nat Commun. 2021 Jun 15;12(1):3641. doi: 10.1038/s41467-021-23911-5.
[8] Li Z, Araoka T, et al. 3D Culture Supports Long-Term Expansion of Mouse and Human Nephrogenic Progenitors. Cell Stem Cell. 2016 Oct 6;19(4):516-529. doi: 10.1016/j.stem.2016.07.016.
[9] Jansen J, Reimer KC, et al. SARS-CoV-2 infects the human kidney and drives fibrosis in kidney organoids. Cell Stem Cell. 2022 Feb 3;29(2):217-231.e8. doi: 10.1016/j.stem.2021.12.010.
[10] Tran T, Song CJ, et al. A scalable organoid model of human autosomal dominant polycystic kidney disease for disease mechanism and drug discovery. Cell Stem Cell. 2022 Jul 7;29(7):1083-1101.e7. doi: 10.1016/j.stem.2022.06.005.
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