Science：吴庆明团队破解类器官关键难题，培养出具有逼真血管网络的心脏和肝脏类器官

人类多能干细胞（包括人类胚胎干细胞和人类诱导多能干细胞）能够分化为人体内的各种细胞类型，例如心肌细胞、肝细胞以及各类血管细胞。此外，人类多能干细胞还可用于构建器官组织，这些器官组织是具有自我组织能力的三维（3D）结构，能够模拟其体内器官的关键结构和功能特征。

为了创建具有血管系统的器官组织，人们已经采取了多种方法（i）避免器官组织中心（那里氧气浓度较低）出现坏死；（ii）实现更大的器官组织生长，以提高建模发育、疾病模拟和发现新药物的准确性；（iii）提高作为再生疗法使用的植入器官组织的存活率。然而，将器官组织的关键细胞类型与包含强大分支、层次结构和管腔形成的新生血管系统一起进行共分化尚未完全实现。

对四种人类多能干细胞报告系进行微结构化处理，从而实现了类原肠胚、心血管组织、祖细胞以及cVO的形成（图源自Science ）

利用四种人胚胎干细胞（hPSC）荧光报告系统以及具有空间微图案化的 hPSC，该研究以可扩展且可重复的方式成功制备了心脏血管化组织单元（cVO）。值得注意的是，研究人员利用这四种报告系统在发育中的 cVO 中原位表征了类原肠胚、祖细胞和心血管细胞类型的形成情况。

该研究发现了一种生长因子和小分子组合物，当将其添加到微图案化的 hPSC 中时，能够在包含心内膜、心肌、心外膜和神经细胞类型的多谱系 cVO 中生成一个空间有序、分支且有腔隙的血管网络。

单细胞转录组学、高分辨率 3D 显微镜检查和多种功能分析表明，cVO 在结构和功能上与 6.5 周后的人类胚胎心脏的卡内基阶段 19 和 20 时期相似；然而，比较也揭示了一些需要进一步研究的差异。

此外，该研究发现 NOTCH 和骨形态发生蛋白（BMP）信号传导对于 cVO 的血管化是必需的，其中 BMP 抑制对血管形成的负面影响比 NOTCH 更大。为了展示血管化策略的更广泛应用价值，研究人员使用了相同的血管诱导混合物来培育肝血管化组织单元（hVOs），这些组织单元同样具备了空间有序、分支状且有腔隙的血管网络，并与多种类型的肝细胞类型相结合。

总之，该研究的体外模型在解决有关新器官血管生成的问题方面实现了技术上的突破。此外，研究结果表明，一种保守的发育程序参与了不同器官系统内血管结构的形成过程。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu9375