肝脏类器官研究重大突破！Adv Sci：预血管化肝胆类器官为再生医学注入新活力

在医学研究的前沿领域，肝脏类器官的研究不断取得新的突破，为肝脏疾病的治疗带来了新的希望。近期刊载在Adv Sci (Weinh)的一项研究High-Throughput Formation of Pre-Vascularized hiPSC-Derived Hepatobiliary Organoids on a Chip via Nonparenchymal Cell Grafting聚焦于肝脏类器官的预血管化，其成果为再生医学的发展注入了新的活力。

本研究通过微制造六边形紧密堆积腔阵列（mHCPCA）芯片，成功构建了一个高效的类器官培养体系。在这个体系中，人诱导多能干细胞（hiPSCs）经过一系列调控步骤，先分化为前肠干细胞（hFSCs），进而转化为人肝胆类器官（hHBOs）。这一过程在无基质胶的环境下完成，为后续研究奠定了坚实基础。

内皮细胞移植是本研究的核心环节之一。在hHBOs分化的不同阶段，即第10、14和18天，研究人员分别引入绿色荧光蛋白标记的人脐静脉内皮细胞（GFP+HUVECs）。实验结果显示，在肝成熟阶段（第18天）进行内皮细胞移植时，其在hHBOs中的整合效率达到最佳。通过对内皮细胞标记物CD31的mRNA水平检测以及对类器官切片中GFP+HUVEC覆盖面积的分析，均有力地证实了这一结论。更为重要的是，这一过程并未对肝实质细胞的分化产生不良影响，肝细胞特异性标志物如ALB、AFP和HNF4α等的表达保持稳定，确保了肝脏类器官在实现预血管化的同时，维持了其正常的生物学功能。

图 1. 血管化人肝胆类器官（vhHBOs）的内皮细胞移植研究

间充质细胞在肝脏类器官血管化进程中也发挥着关键作用。研究发现，当将间充质细胞（MRC-5）与hHBOs和内皮细胞共同培养时，产生了一系列积极的生物学效应。在类器官形态学方面，间充质细胞显著降低了预血管化人肝胆类器官（vhHBOs）在大小和圆度上的异质性，使类器官群体更加均匀一致。在血管化促进方面，间充质细胞不仅提高了内皮细胞的存活率，还促进了内皮细胞向hHBOs内部的侵入和发芽，从而构建出更为复杂和稳定的血管网络。通过专业的血管分析软件进行量化评估，发现血管的平均长度、端点数量和连接数量均有显著增加。在细胞功能层面，间充质细胞的加入并未干扰hHBO成熟的关键进程，如基因表达、白蛋白分泌和尿素合成等功能保持正常，同时还显著增强了肝脏的脂质代谢能力，表现为ASGR1表达上调以及脂质积累的增多。

对构建的vhHBOs进行全面的功能鉴定，结果令人振奋。基因表达分析表明，无论是否添加间充质细胞，vhHBOs中关键成熟肝脏标记基因（ALB、CYP3A4和MRP2）的表达水平并无显著差异，这充分证明了类器官的肝脏功能特性得以有效维持。免疫染色结果与基因表达数据高度一致，肝细胞标志物如ALB、CYP3A4、MRP2、AFP、CK19和EpCAM均呈现正常表达状态。在功能检测实验中，vhHBOs表现出成熟肝脏细胞的代谢能力，白蛋白分泌、尿素合成稳定，对吲哚菁绿（ICG）的摄取和释放正常，进一步验证了其功能的完整性。RNA测序结果从转录组层面揭示，非实质细胞移植总体上未显著改变肝基因表达谱，但在有间充质细胞参与的vhHBOs中，血管生成和细胞迁移相关基因表达显著增强，为间充质细胞促进血管化提供了有力的分子证据。

图 2. vhHBOs的特征分析

图 3. vhHBOs的转录组谱分析

体内移植实验是验证类器官临床应用潜力的关键步骤。研究团队将vhHBOs移植到小鼠肾包膜下，经过4周的密切观察，取得了重要发现。移植后的类器官成功发育出类似肝脏组织的结构，肝索、胆管和血管腔清晰可见，并且与宿主血管网络实现了有效连接，表明其在体内环境中能够进一步成熟并具备修复肝组织及胆管的能力。

图 4. vhHBO移植性评估

这项研究成果在肝脏类器官研究领域具有里程碑式的意义。非实质细胞移植策略的成功应用，在不依赖额外添加非实质细胞培养基和生长因子的条件下，实现了预血管化vhHBOs的高效构建。vhHBOs的均匀性和双潜能性使其在肝脏和胆管损伤治疗方面展现出巨大的应用前景，为解决终末期肝病、急性肝衰竭及肝移植后胆管修复等难题提供了新的思路和方法。这一研究不仅为肝脏类器官研究开辟了新的方向，也为整个组织工程和再生医学领域带来了新的机遇，有望推动肝脏疾病治疗技术的重大突破，为广大患者带来新的希望。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Fan H, Shang J, Li J, et al. High-Throughput Formation of Pre-Vascularized hiPSC-Derived Hepatobiliary Organoids on a Chip via Nonparenchymal Cell Grafting. Adv Sci (Weinh). Published online January 4, 2025. doi:10.1002/advs.202407945