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Nature:重磅!首次在培养皿中培养出完美的人类血管

来源:本站原创 2019-01-22 04:55

2019年1月22日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自奥地利科学院分子生物技术研究所的研究人员首次在培养皿中成功地培养出完美的人血管作为类器官(organoid)。这种突破性的工程技术极大地促进了糖尿病等血管疾病的研究,从而确定了一种潜在地阻止血管变化的关键途径,其中血管变化是糖尿病患者死亡和发病的主要原因。相关研究结果于2019年1月16日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Human blood vessel organoids as a model of diabetic vasculopathy”。
图片来自Nature, doi:10.1038/s41586-018-0858-8。

类器官是利用干细胞培养出的三维结构,它可模仿器官并且可以用于在培养皿中研究这种器官的各个方面。

论文通讯作者、奥地利科学院分子生物技术研究所创始主任Josef Penninger说,“能够利用干细胞构建出作为类器官的人血管是一种改变游戏规则的方法。我们体内的每种器官都与血液循环系统连接在一起。这可能潜在地允许科学家们揭示包括阿尔茨海默病、心血管疾病、伤口愈合问题、中风、癌症和糖尿病在内的一系列疾病的病因和治疗方法。”

据估计,糖尿病影响全世界有4.2亿人。许多糖尿病症状是导致血液循环和组织氧气供应受损的血管变化的结果。尽管这种情形普遍存在,但是人们对糖尿病引起的血管变化知之甚少。这种限制延缓了对迫切需要的疗法的开发步伐。

为了解决这个问题,Penninger和他的同事们开发了一种开创性的模型:在培养皿中培养出的三维人体血管类器官。这些所谓的“血管类器官(vascular organoid)”能够在实验室中利用干细胞培养出,并且显著地模拟真实的人血管的结构和功能。

当这些研究人员将这种血管类器官移植到小鼠体内时,他们发现它们发育成功能完善的人体血管,包括动脉和毛细血管。这一发现表明,不仅可以在培养皿中利用人干细胞培养出血管类器官是可能的,而且在另一个物种中培养功能性的人血管系统也是可能的。

论文第一作者、奥地利科学院分子生物技术研究所博士后研究员Reiner Wimmer说,“我们的研究如此令人激动人心以至于我们成功地利用干细胞培养出真正的人血管。我们的血管类器官在很大程度上类似于人毛细血管,而且我们如今能够利用它们直接在人体组织上研究血管疾病。”

糖尿病的一种特征是血管表现出基底膜(basement membrane)的异常增厚。结果就是氧气和营养物向细胞和组织的运送受到严重损害,从而导致许多健康问题,比如肾衰竭、心脏病、中风、失明和外周动脉疾病。

这些研究人员随后将这些血管类器官暴露在培养皿中的“糖尿病”环境之下。Wimmer说,“令人吃惊的是,我们能够观察到血管类器官中的基底膜大量扩张。这种典型的基底膜增厚与糖尿病患者的血管损伤非常相似。”

这些研究人员接着寻找了能够阻止血管壁增厚的化合物。他们发现目前的抗糖尿病药物都不能对这些血管缺陷产生积极影响。不过,他们发现一种γ-分泌酶抑制剂能够阻止血管壁增厚,这表明至少在动物模型中,阻断γ-分泌酶可能有助于治疗糖尿病。

这些研究人员说,这些发现可能允许他们找出血管疾病的根本原因,并可能为糖尿病患者开发新的治疗方法并对这些方法进行测试。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Reiner A. Wimmer et al. Human blood vessel organoids as a model of diabetic vasculopathy. Nature, 2019, doi:10.1038/s41586-018-0858-8.
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