培养瓶内的人类大脑类器官。图片来源：NIH

本报讯 研究人员正在实验室里制造越来越复杂的迷你器官，现在它们能够自己长出血管了。这些模拟心脏、肝脏、肺和肠道的模型，是迄今最复杂的人类发育模型之一，其中包含的细胞群和结构是前所未有的。

“类器官的血管化是一个热门话题。”美国马萨诸塞州总医院的肾病学家和干细胞生物学家Ryuji Morizane说。

被称为类器官的微型3D细胞结构多年来一直用于药物测试、疾病和发育研究。但大多数类器官缺乏在全身输送血液、营养和氧气的血管，这限制了它们的大小、功能和成熟能力。例如，肾脏需要血管过滤血液和产生尿液，肺需要血管交换氧气和二氧化碳。

近日，两个研究团队分别在《科学》和《细胞》报告称，他们采用新方法培育出带血管的类器官。研究人员从几乎可以转化为体内任何类型细胞的多能干细胞入手，诱导这些细胞在形成其他器官组织的同时产生血管。

“这些模型确实展示了这种策略的强大之处。”美国斯坦福大学的干细胞生物学家Oscar Abilez说。

血管化类器官的首次尝试包括在培养皿中培养血管组织，然后将其与其他细胞类型结合形成“组装体”。但这些模型在模拟真实器官的结构和成熟度方面仍然受到限制。

研究人员偶然发现了这种新方法。包括美国密歇根大学安娜堡分校的一个研究组在内的科学家团队报告称，他们在培养构成某些器官和组织外层的上皮细胞时，发现类器官还能自发形成血管内壁的非上皮细胞。这些细胞通常被视为需要清除的“污染物”，但研究人员试图在肠道类器官中放大这种“污染”。

利用其他研究小组的发现，中国科学院动物研究所的干细胞生物学家苗一非和同事决定从肺和肠道类器官入手，看看能否使上皮细胞和血管细胞在同一个培养皿中同时生长。

在早期发育中，上皮细胞和血管细胞需要完全相反的分子信号才能生长。研究人员找到了一种方法，可以定时调整分子“鸡尾酒”的剂量，从而触发干细胞同时形成两种类型的组织。

由此产生的肺类器官在移植到小鼠模型中后，变为多种细胞类型，包括在肺泡中发现的独特细胞。当研究人员将这些细胞移植到3D支架上时，它们自发形成了类似肺泡囊的结构，表明血管细胞的存在使类器官形成了具有多种细胞类型的复杂组织。

“我觉得这非常有趣。”德国亥姆霍兹感染研究中心的遗传工程师Josef Penninger说。该团队使用类似方法培育出带有血管细胞的肠道类器官。

Abilez则使用类似方法在培养皿中培育出迷你心脏，这些类器官形成了典型的肌肉细胞、血管细胞，甚至神经细胞。这些血管分成非常细小的管道，深入早期心脏的各种细胞类型中。使用这种方法创建肝脏类器官也产生了大量血管细胞，并形成了细小分支。

然而，这些类器官只代表了胎儿发育的早期阶段。Penninger说，要创造出功能接近真实器官的类器官，最终需要将组装体和这种共生长方法相结合。为实现这一目标，研究人员需要培育更大的血管、所有必要的支持性组织和结构，以及负责将液体输送到器官并将废物排出体外的淋巴系统血管。Penninger说，一旦血管就位，下一个挑战将是“打开水龙头”——利用它们循环血液，这是一个“非常酷的领域”。（李木子）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.05.041