摘要：2009年，荷兰 Hubrecht 研究所的Hans Clevers等人使用来自小鼠肠道的成体干细胞培育出首个肠道类器官，开创了类器官研究时代。 此后， 类器官领域研究成果不断，许多新型类器官和更复杂的类器官不断涌现，大脑类器官用于研究神经发育障碍、肠道类器官

该研究开发了一种将 人类 多能干细胞 （hPSC） 培养为 血管化 心脏类器官 和 血管化肝脏类器官 的方法，克服了类器官领域的重大瓶颈，不仅能够让类器官 长得 更大，还能使其达到更成熟阶段，从而使其作为生物模型更具实用性，不仅可用于研究心脏和肝脏发育，还可用于研究 药物暴露对人体器官发育的影响

人类多能干细胞 （hPSC） ，包括人类胚胎干细胞 （hESC） 和人类诱导多能干细胞 （hiPSC） ，能够分化为人体内的多种细胞类型，例如心肌细胞、肝细胞以及各类血管细胞。此外，hPSC 还可用于构建 类器官 ，以模拟体内器官的关键结构和功能特征。

为了（i）避免类器官中心因缺氧而发生坏死；（ii）实现更大规模的类器官生长，以提高发育模型的准确性、疾病模型的可靠性以及新药发现的效率；（iii）提高作为再生疗法植入的类器官的存活率，科学家们已经探索了多种构建具有血管系统的类器官的方法。然而，将类器官中的关键细胞类型与包含稳健分支、层级组织和管腔形成的全新血管系统共同分化，这一目标尚未完全实现。

在这项最新研究中，研究团队尝试优化培养配方，以培育出能够可靠生成几乎所有人类心脏细胞类型的心脏类器官，包括形成强大血管网络的细胞。研究团队回顾了已有的制造三种关键细胞类型 （ 心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞 ） 的方法，他们将这些方法组合成 34 种不同的培养配方，包括使用哪些生长因子、使用量以及添加时间，用于制造包含这三种细胞类型的心脏类器官。 他们还对干细胞进行了改造，使其在分化为这三种细胞类型时发出不同颜色的荧光。

他们在干细胞上测试这 34 种不同的培养配方，并让这些类器官生长约两周时间，其中一种配方——第 32 号培养条件——脱颖而出，它培育出了最鲜艳的心脏类器官——分别对应着最多的心肌细胞 （CM） 、内皮细胞 （EC） 和平滑肌细胞 （SMC） 。

第 32 号培养条件培养心脏类器官（ 包含以下小分子和生长因子）： CHIR：5 μM（第 0 天）；FGF2：5 ng/ml（第 0、7、9、11、13、15 天）；IWR：5 μM（第 3 天）；VEGF：50 ng/ml（第 5、7、9、11、13、15 天）；SB：10 μM（第 7、9、11 天）；ANG2：50 ng/ml（第 5、7 天）；ANG1：50 ng/ml（第 9、11 天）；PDGF-BB：10 ng/ml（第 7、9、11、13、15 天）；TGF-β1：2 ng/ml（第 13、15 天）。

在 3D 显微镜下，这种甜甜圈形状的 血管化心脏类器官 （cVO） 内部由心肌细胞和平滑肌细胞构成，外部则有一层内皮细胞，形成了清晰可辨的血管。这些微小的分支状管状血管类似于心脏中的毛细血管，其直径为 10-100 微米，大约相当于一根头发丝的宽度。

培养两周时间的心脏类器官，心肌细胞（绿色）和平滑肌细胞（白色）被内皮细胞（洋红色）所环绕，这些内皮细胞形成了一个逼真的血管网络

研究团队利用单细胞 RNA 测序技术对心脏类器官中的细胞进行了进一步分析，他们惊讶地发现，其几乎涵盖了心脏的所有细胞类型，每个心脏类器官包含 15-17 种不同的细胞类型，这与六周大的人类胚胎心脏中的 16 种细胞类型相当，相比之下，成年心脏则有 21 种细胞类型。

这意味着，这些心脏类器官能够用于 人类早期发育阶段的研究模型，作为概念验证，它们在这些血管化心脏类器官中测试了一种 强效且常被滥用的阿片类药物，结果显示，接触该药物后 类器官生成了更多的血管。

研究团队进一步发现， NOTCH 信号通路和 BMP 信号通路是 血管化心脏类器官 （cVO） 中 血管形成所必需的，与 NOTCH 相比，抑制 BM P 对血管形成的影响更大。

更重要的是，研究团队证实 ， 不同器官系统内的血管生成涉及一个保守的发育程序。因此，这种血管化策略还可用于培育其他血管类器官，他们成功培育出了 血管化 肝脏类器官 （hVO） ，其包含了 空间有序、分支丰富、管腔化的血管网络，并整合了多谱系肝脏细胞类型。

来源：晚晚的星河日记一点号