迎難而上，類器官的血管化研究的破繭之路
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類器官(Organoids)是將具有干性潛能的細胞在體外進行3D培養(yǎng)，形成多種特異性細胞類型集合的微器官團，能夠體外再現(xiàn)真實器官的三維構(gòu)造及生理功能。然而體外培養(yǎng)的類器官往往缺乏有效的血管，隨著類器官體積的增加，缺氧及代謝廢物累積導致細胞凋亡，最終致使組織壞死，因此目前培養(yǎng)的類器官無論是形態(tài)大小還是生理功能都無法做到完全模擬真實的組織器官，這也是類器官培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展的重大瓶頸之一。類器官的血管化研究一直是類器官研究領域的熱點與難點。本文中，我們整理了近年來科學家們在類器官血管化研究領域的進展，分享給大家。
2018年Mansour AA等[3]在體外將人胚胎干細胞(hESC)誘導分化為小型腦類器官后，直接移植入免疫缺陷小鼠軟腦膜血管上。移植的類器官繼續(xù)進行神經(jīng)分化和成熟并與小鼠腦組織進行了很好的整合，雙光子掃描成像結(jié)果顯示小鼠血管侵入移植物并生長延伸，血管內(nèi)血流活躍，移植物類器官功能性血管網(wǎng)絡發(fā)展良好。
小鼠腦內(nèi)腦類器官血流圖[3]
人類ETS變體2(ETV2)轉(zhuǎn)錄因子與人血管內(nèi)皮細胞的形成高度相關(guān)。2019年Cakir B等[4]設計了一種表達人類ETV2轉(zhuǎn)錄因子的hESCs細胞，誘導該細胞分化成為帶血管蒂的人皮層腦類器官(vhCOs)。體外培養(yǎng)的vhCOs體積、神經(jīng)細胞存活率均顯著大于對照組。在vhCOs中部分特殊的內(nèi)皮細胞還形成了神經(jīng)周血管叢，并與腦內(nèi)的神經(jīng)血管緊密相連，十分類似于血腦屏障結(jié)構(gòu)。將該vhCOs移植入免疫缺陷的小鼠腿內(nèi)，F(xiàn)ITC灌注結(jié)果顯示ETV2誘導的內(nèi)皮細胞支持功能性的血管系統(tǒng)形成。
2013年Takebe T等[7]將iPSC誘導形成的肝內(nèi)胚層細胞與HUVECs和人骨髓來源的間充質(zhì)干細胞(hBMSCs)共培養(yǎng)，待其形成具有三維球狀組織的肝芽(iPSC-LBs)，移植入免疫缺陷的小鼠中。移植48小時內(nèi)免疫熒光檢測結(jié)果顯示移植的iPSC-LBs血管與宿主血管相互連接形成復雜的血管網(wǎng)絡，實時成像結(jié)果確認了宿主血液灌注到新形成的人體功能性血管網(wǎng)絡中。
03小腸類器官血管化研究 Holloway EM等曾在小腸類器官的形成早期，檢測到大量的內(nèi)源性血管內(nèi)皮細胞，然而隨著培養(yǎng)時間的推移，血管內(nèi)皮細胞(ECs)逐漸發(fā)生凋亡。2020年，他們在常規(guī)腸類器官培養(yǎng)方法的基礎上，在培養(yǎng)體系中加入EGF, VEGF, BFGF和BMP-4等細胞因子，誘導內(nèi)源性ECs共分化，從而形成血管化的小腸類器官(vHIOs)[8]。體外培養(yǎng)數(shù)周后，免疫熒光法檢測結(jié)果顯示vHIOs間質(zhì)內(nèi)存在大量CD31/CD144雙陽ECs細胞，證實了內(nèi)源性ECs的富集，ECs在培養(yǎng)體系中可長期存活2個月。
04腎臟類器官血管化研究
目前僅有少數(shù)種類的類器官血管化培養(yǎng)成功，該研究仍任重而道遠。誘導類器官血管形成的決定性因素尚不清楚。不同種類類器官血管化培養(yǎng)的條件也不盡相同。雖然血管化研究道阻且艱，但隨著研究者的不斷探索，或許在不久的將來，科學家們可以成功在體外構(gòu)建具有血管可供移植的類器官，以造福人類。在科研的道路上迎難而上，終會破繭成蝶！
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1. Bautch VL, et al. (2009) Neurovascular development: the beginning of a beautiful friendship. Cell Adh Migr. 3:199–204. 2. Pham MT, et al. (2018) Generation of human vascularized brain organoids. Neuroreport . 29(7):588-593. 3. Mansour AA, et al.(2018) An in vivo model of functional and vascularized human brain organoids. Nat Biotechnol . 36(5):432-441. 4. Cakir B, et al. (2019) Engineering of human brain organoids with a functional vascular-like system. Nat Methods. 16(11):1169-1175 5. Shi Y, et al. (2020) Vascularized human cortical organoids (vOrganoids) model cortical development in vivo. PLoS Biol. 18(5):e3000705. 6. Baptista PM, et al. (2011) The use of whole organ decellularization for the generation of a vascularized liver organoid. Hepatology, ,53(2): 604-617 7. Takebe T, et al. (2013) Vascularized and Functional Human Liver From an iPSC-derived Organ Bud Transplant. Nature. 499(7459):481-4. 8. Holloway EM, et al. (2020) Differentiation of human intestinal organoids with endogenous 1 vascular endothelial cells. BioRxiv angiogenesis in tissue-engineered intestine. Biomaterials. 29(19): 2884- 2890 9. Low JH, et al. (2019) Generation of human-PSC derived kidney organoids with patterned nephron segments and a de novo vascular network . Cell Stem Cell. 25(3):373-387.e9. |
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第24天，腎類器官免疫熒光染色圖[9] CD34為ECs表面標志物; CD31為ECs表面標志物; NPHS為腎足突細胞標志物; DAPI為細胞核染料。聯(lián)系電話：40000 53055,0512 6832 5983
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