類器官(Organoids)是將具有干性潛能的細胞在體外進行3D培養(yǎng)，形成多種特異性細胞類型集合的微器官團，能夠體外再現(xiàn)真實器官的三維構造及生理功能。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致細胞凋亡，最終致使組織壞死，因此目前培養(yǎng)的類器官無論是形態(tài)大小還是生理功能都無法做到完全模擬真實的組織器官，這也是類器官培養(yǎng)技術發(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域的熱點與難點。本文中，我們整理了近年來科學家們在類器官血管化研究領域的進展，分享給大家。

01 腦類器官血管化研究

有研究表明中樞神經系統(tǒng)在發(fā)育過程中不會產生血管祖細胞[1]，血管祖細胞的缺乏則阻礙了類器官的血管化進程。為了培養(yǎng)血管化的腦類器官，2018年Pham MT等[2]將同一患者來源的人誘導多能干細胞(iPSCs)衍生的血管內皮細胞(ECs)與腦類器官共培養(yǎng)，移植入免疫缺陷的小鼠腦內。移植當天免疫熒光檢測結果顯示CD31陽性細胞圍繞在類器官周圍，移植后隨著腦類器官在體內的進一步發(fā)育成熟，切片染色結果顯示新形成的人毛細血管強有力的向腦類器官干細胞核心區(qū)滲透，核心區(qū)外圍則顯示出典型的連續(xù)性內生化血管網絡結構。未血管化的腦類器官在移植后則無法存活，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為血管細胞標志物；STEM121為人腦干細胞標志物；DAPI為細胞核染料。

2018年Mansour AA等[3]在體外將人胚胎干細胞(hESC)誘導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)進行神經分化和成熟并與小鼠腦組織進行了很好的整合，雙光子掃描成像結果顯示小鼠血管侵入移植物并生長延伸，血管內血流活躍，移植物類器官功能性血管網絡發(fā)展良好。

人類ETS變體2(ETV2)轉錄因子與人血管內皮細胞的形成高度相關。2019年Cakir B等[4]設計了一種表達人類ETV2轉錄因子的hESCs細胞，誘導該細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、神經細胞存活率均顯著大于對照組。在vhCOs中部分特殊的內皮細胞還形成了神經周血管叢，并與腦內的神經血管緊密相連，十分類似于血腦屏障結構。將該vhCOs移植入免疫缺陷的小鼠腿內，F(xiàn)ITC灌注結果顯示ETV2誘導的內皮細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與人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)共培養(yǎng)，定向誘導其分化為血管化的腦類器官。免疫熒光染色結果表明，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S1皮質空洞中，免疫熒光檢測結果顯示在腦類器官移植物中HUVECs 與宿主小鼠血管內皮細胞發(fā)生了整合，并在腦類器官中形成了有血液流動的功能性血管網絡系統(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胞成分，同時保留了完整的的血管網絡。將hUVECs和人胎肝細胞(hFLCs)接種到脫細胞支架中，利用肝臟內部血管網絡包括大血管及微血管網絡結構，實現(xiàn)肝臟組織的血管化培養(yǎng)。

肝臟脫細胞后血管脈絡圖[6]

hPSC來源的小腸類器官(vHIO)及對照組染色圖[8] ECAD為蛋白染色；CD144為EC細胞標志物。

04腎臟類器官血管化研究

2019年Low JH等[9]通過動態(tài)調節(jié)WNT信號通路，控制近端腎小球和遠端腎小管的比例，調節(jié)近端足細胞釋放血管內皮生長因子A(VEGFA)的水平，進而誘導血管化的腎臟類器官分化形成。免疫熒光檢測結果明確了腎臟發(fā)育的起始階段存在內源性血管內皮祖細胞，血管內皮祖細胞的發(fā)育依賴于足細胞分泌的VEGFA，并且VEGFA的分泌量決定了血管網絡的豐度。血管化的腎臟類器官移植入宿主小鼠后，繼續(xù)發(fā)育成腎小球毛細血管簇，右旋糖酐灌注實驗結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表面標志物; CD31為ECs表面標志物; NPHS為腎足突細胞標志物; DAPI為細胞核染料。