類器官(Organoids)是將具有干性潛能的細(xì)胞在體外進(jìn)行3D培養(yǎng)，形成多種特異性細(xì)胞類型集合的微器官團(tuán)，能夠體外再現(xiàn)真實(shí)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(dǎo)致細(xì)胞凋亡，最終致使組織壞死，因此目前培養(yǎng)的類器官無(wú)論是形態(tài)大小還是生理功能都無(wú)法做到完全模擬真實(shí)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(lǐng)域的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。本文中，我們整理了近年來(lái)科學(xué)家們?cè)陬惼鞴傺�管化研究領(lǐng)域的進(jìn)展，分享給大家。

01 腦類器官血管化研究

有研究表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生血管祖細(xì)胞[1]，血管祖細(xì)胞的缺乏則阻礙了類器官的血管化進(jìn)程。為了培養(yǎng)血管化的腦類器官，2018年P(guān)ham MT等[2]將同一患者來(lái)源的人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)衍生的血管內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)與腦類器官共培養(yǎng)，移植入免疫缺陷的小鼠腦內(nèi)。移植當(dāng)天免疫熒光檢測(cè)結(jié)果顯示CD31陽(yáng)性細(xì)胞圍繞在類器官周圍，移植后隨著腦類器官在體內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)育成熟，切片染色結(jié)果顯示新形成的人毛細(xì)血管強(qiáng)有力的向腦類器官干細(xì)胞核心區(qū)滲透，核心區(qū)外圍則顯示出典型的連續(xù)性內(nèi)生化血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。未血管化的腦類器官在移植后則無(wú)法存活，然而該研究尚未涉及移植物類器官血管與宿主血管之間的相互作用。

腦類器官染色圖，白色箭頭為新生血管[2] hCD31為血管細(xì)胞標(biāo)志物；STEM121為人腦干細(xì)胞標(biāo)志物；DAPI為細(xì)胞核染料。

2018年Mansour AA等[3]在體外將人胚胎干細(xì)胞(hESC)誘導(dǎo)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(jìn)行神經(jīng)分化和成熟并與小鼠腦組織進(jìn)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(zhǎng)延伸，血管內(nèi)血流活躍，移植物類器官功能性血管網(wǎng)絡(luò)發(fā)展良好。

人類ETS變體2(ETV2)轉(zhuǎn)錄因子與人血管內(nèi)皮細(xì)胞的形成高度相關(guān)。2019年Cakir B等[4]設(shè)計(jì)了一種表達(dá)人類ETV2轉(zhuǎn)錄因子的hESCs細(xì)胞，誘導(dǎo)該細(xì)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(xì)胞存活率均顯著大于對(duì)照組。在vhCOs中部分特殊的內(nèi)皮細(xì)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(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞支持功能性的血管系統(tǒng)形成。
2020年Shi Y等[5]則是將hESCs或iPSCs與人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)共培養(yǎng)，定向誘導(dǎo)其分化為血管化的腦類器官。免疫熒光染色結(jié)果表明，HUVECs在腦類器官中相互連接，并形成具有通透能力的復(fù)雜血管系統(tǒng)，該血管系統(tǒng)可以在腦類器官中可穩(wěn)定存在200天以上。研究者將血管化腦類器官植入免疫缺陷小鼠腦內(nèi)S1皮質(zhì)空洞中，免疫熒光檢測(cè)結(jié)果顯示在腦類器官移植物中HUVECs 與宿主小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生了整合，并在腦類器官中形成了有血液流動(dòng)的功能性血管網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，支持其成熟存活。

02 肝類器官血管化研究

2011年Baptista PM等[6]使用灌注洗滌劑去除肝臟組織的細(xì)胞成分，同時(shí)保留了完整的的血管網(wǎng)絡(luò)。將hUVECs和人胎肝細(xì)胞(hFLCs)接種到脫細(xì)胞支架中，利用肝臟內(nèi)部血管網(wǎng)絡(luò)包括大血管及微血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)肝臟組織的血管化培養(yǎng)。

肝臟脫細(xì)胞后血管脈絡(luò)圖[6]

hPSC來(lái)源的小腸類器官(vHIO)及對(duì)照組染色圖[8] ECAD為蛋白染色；CD144為EC細(xì)胞標(biāo)志物。

04腎臟類器官血管化研究

2019年Low JH等[9]通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)WNT信號(hào)通路，控制近端腎小球和遠(yuǎn)端腎小管的比例，調(diào)節(jié)近端足細(xì)胞釋放血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A(VEGFA)的水平，進(jìn)而誘導(dǎo)血管化的腎臟類器官分化形成。免疫熒光檢測(cè)結(jié)果明確了腎臟發(fā)育的起始階段存在內(nèi)源性血管內(nèi)皮祖細(xì)胞，血管內(nèi)皮祖細(xì)胞的發(fā)育依賴于足細(xì)胞分泌的VEGFA，并且VEGFA的分泌量決定了血管網(wǎng)絡(luò)的豐度。血管化的腎臟類器官移植入宿主小鼠后，繼續(xù)發(fā)育成腎小球毛細(xì)血管簇，右旋糖酐灌注實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與野生型小鼠腎臟類似，移植的腎臟類器官具有初步的過(guò)濾和重吸收功能。

第24天，腎類器官免疫熒光染色圖[9] CD34為ECs表面標(biāo)志物; CD31為ECs表面標(biāo)志物; NPHS為腎足突細(xì)胞標(biāo)志物; DAPI為細(xì)胞核染料。