人血管類(lei)器官(guan)：在(zai)培(pei)養(yang)皿(min)中(zhong)構建生(sheng)命(ming)脈(mai)管系(xi)統的(de)革命(ming)性(xing)模型

在生(sheng)命(ming)科學(xue)和醫(yi)學(xue)研(yan)究領(ling)域，能否在體(ti)外真(zhen)實(shi)模擬人體復(fu)雜(za)器(qi)官(guan)的(de)結構與功(gong)能，壹(yi)直是科學(xue)家們(men)追求(qiu)的目(mu)標(biao)。血管系(xi)統，作(zuo)為貫穿(chuan)全(quan)身、輸(shu)送(song)養(yang)分與信(xin)號的生(sheng)命(ming)網(wang)絡，其(qi)體外(wai)模型的構建尤為重要(yao)。人血(xue)管類(lei)器官(guan)的(de)出現(xian)，標(biao)誌著我們(men)終於(yu)能在(zai)培(pei)養(yang)皿(min)中(zhong)高效、可控(kong)地培(pei)育(yu)出高度仿生(sheng)的人(ren)類微(wei)血管網(wang)絡，為眾多(duo)前沿研(yan)究打(da)開(kai)了全(quan)新的(de)大(da)門(men)。

壹(yi)、 什(shen)麽是人血管類(lei)器官(guan)？

人(ren)血管類(lei)器官(guan)，是利(li)用人多(duo)能幹(gan)細(xi)胞（包括胚胎幹(gan)細(xi)胞ESCs和誘導(dao)多(duo)能幹(gan)細(xi)胞iPSCs）或成(cheng)體內(nei)皮(pi)祖細(xi)胞，通過模擬胚胎血管發育(yu)的(de)生(sheng)物學(xue)過程(cheng)，在(zai)三(san)維培(pei)養(yang)環境中自組織形(xing)成(cheng)的微(wei)型(xing)血(xue)管結(jie)構。

與傳統的(de)二維內(nei)皮細(xi)胞培(pei)養(yang)相(xiang)比，血(xue)管類(lei)器官(guan)具(ju)備以(yi)下革命(ming)性(xing)特征：

三(san)維管狀(zhuang)結構：能形(xing)成(cheng)具有(you)空腔(qiang)的(de)毛細(xi)血(xue)管樣(yang)網(wang)絡，而(er)不(bu)僅(jin)僅(jin)是單層鋪展的(de)細(xi)胞。

多種細(xi)胞成(cheng)分：不(bu)僅(jin)包(bao)含(han)內皮(pi)細(xi)胞構成(cheng)管腔(qiang)，還能募集或分(fen)化(hua)出周細(xi)胞/平(ping)滑(hua)肌(ji)細(xi)胞進行(xing)包裹和支持，形(xing)成(cheng)更成(cheng)熟的(de)血(xue)管壁(bi)結構。

功能性(xing)：具(ju)備(bei)物(wu)質交換(huan)、對血流剪切(qie)力(li)或生(sheng)化(hua)信(xin)號（如VEGF，血(xue)管內(nei)皮生(sheng)長因子(zi)）產生(sheng)響應等(deng)類血(xue)管功(gong)能。

遺(yi)傳背景(jing)可(ke)控(kong)：尤其(qi)當使(shi)用(yong)疾(ji)病(bing)特異性(xing)iPSCs構建時，能直(zhi)接(jie)在人(ren)類遺傳背景(jing)下(xia)研(yan)究血(xue)管相(xiang)關疾(ji)病(bing)。

二(er)、 如(ru)何(he)構建人血(xue)管類(lei)器官(guan)？核(he)心(xin)策略(lve)解析(xi)

目前主流(liu)的構建方法(fa)圍(wei)繞(rao)"引導自組裝(zhuang)"這壹(yi)核(he)心(xin)思想(xiang)展開(kai)，關鍵(jian)步驟通常包(bao)括：

1. 細(xi)胞來(lai)源(yuan)與啟(qi)動(dong)

研(yan)究通常從hiPSCs或hESCs開(kai)始，通過添(tian)加BMP4、激活(huo)素(su)A等(deng)因子(zi)，將(jiang)其(qi)定(ding)向(xiang)分化(hua)為中(zhong)胚層細(xi)胞，這是血管發育(yu)的(de)細(xi)胞起源(yuan)。

2. 血(xue)管內(nei)皮命(ming)運誘導

隨(sui)後，使用(yong)關鍵(jian)生(sheng)長因子(zi)VEGF和FGF，強(qiang)力(li)驅(qu)動(dong)中胚層細(xi)胞向內皮(pi)祖細(xi)胞分化(hua)。此(ci)時(shi)，細(xi)胞開(kai)始表達(da)CD31等(deng)內皮(pi)標(biao)誌物。

3. 三(san)維成(cheng)型與成(cheng)熟

這是形成(cheng)類器(qi)官(guan)的(de)關鍵(jian)。將(jiang)上述(shu)內皮(pi)細(xi)胞團(tuan)嵌入到(dao)基(ji)質膠或膠(jiao)原I等(deng)三(san)維細(xi)胞外基(ji)質中。在(zai)這種(zhong)仿(fang)生(sheng)環境中，內皮細(xi)胞在VEGF、FGF等(deng)因子(zi)的持(chi)續(xu)刺(ci)激下(xia)，會發生(sheng)"出芽(ya)"、"融合(he)"，自組織連(lian)接(jie)成(cheng)復雜(za)的(de)網(wang)狀(zhuang)結構。添(tian)加TGF-β抑(yi)制(zhi)劑等(deng)因子(zi)有(you)助(zhu)於(yu)穩定(ding)這些(xie)新(xin)生(sheng)血管，並(bing)促(cu)進(jin)周細(xi)胞樣(yang)細(xi)胞的招募和覆(fu)蓋(gai)，使(shi)血管結(jie)構更加成(cheng)熟穩定(ding)。

三(san)、 血管類(lei)器官(guan)的(de)變(bian)革性(xing)應用場景(jing)

這種(zhong)高度仿生(sheng)的模型正在深(shen)刻(ke)改(gai)變(bian)多個(ge)研(yan)究領(ling)域：

疾(ji)病(bing)建(jian)模與機制(zhi)研(yan)究：

罕(han)見血(xue)管疾(ji)病(bing)：如(ru)腦(nao)海綿(mian)狀(zhuang)血管畸(ji)形，可(ke)直接(jie)利(li)用患者(zhe)iPSCs構建類器(qi)官(guan)，研(yan)究致(zhi)病基(ji)因突變(bian)如何(he)破(po)壞(huai)血(xue)管結(jie)構。

糖(tang)尿(niao)病血(xue)管病(bing)變(bian)：在高糖(tang)環境下培(pei)養(yang)血管類(lei)器官(guan)，模擬研(yan)究血(xue)管滲漏、功能紊(wen)亂(luan)的分(fen)子(zi)機制(zhi)。

腫(zhong)瘤(liu)血管生(sheng)成(cheng)：將(jiang)血管類(lei)器官(guan)與腫(zhong)瘤類(lei)器(qi)官(guan)共(gong)培(pei)養(yang)，直觀研(yan)究腫(zhong)瘤細(xi)胞如何(he)"劫(jie)持(chi)"正常血管為其(qi)供(gong)血，是篩選抗(kang)血(xue)管生(sheng)成(cheng)藥(yao)物的(de)平(ping)臺。

藥(yao)物發現(xian)與安(an)全(quan)性(xing)評(ping)價：

高通量藥(yao)物篩(shai)選(xuan)：快(kuai)速測(ce)試成(cheng)千(qian)上(shang)萬個(ge)化(hua)合(he)物(wu)對血管生(sheng)成(cheng)、穩定(ding)性(xing)的(de)促(cu)進(jin)或抑(yi)制(zhi)效(xiao)果(guo)，用(yong)於開(kai)發心(xin)血管藥(yao)物或抗(kang)癌藥(yao)。

藥(yao)物毒(du)性(xing)評(ping)估：評估新藥(yao)候選物(wu)是否會引起血管毒(du)性(xing)（如(ru)血(xue)管滲漏綜合(he)征），比(bi)傳統動(dong)物模型更高效、更具人類(lei)相(xiang)關性(xing)。

再(zai)生(sheng)醫學(xue)與組(zu)織工(gong)程(cheng)：

未來(lai)構建大(da)型(xing)人(ren)造(zao)器官(guan)（如(ru)肝(gan)臟、腎臟）的(de)挑戰之(zhi)壹(yi)就(jiu)是血管化(hua)。預先(xian)生(sheng)成(cheng)的血(xue)管類(lei)器官(guan)可(ke)作(zuo)為"現(xian)成(cheng)的"血(xue)管網(wang)絡，植入工(gong)程(cheng)化(hua)組織(zhi)中，有(you)望(wang)解決(jue)營(ying)養(yang)灌(guan)註難題，實(shi)現(xian)器(qi)官(guan)存(cun)活(huo)。

四(si)、 挑(tiao)戰與未來(lai)展望(wang)

盡管前景廣(guang)闊，血(xue)管類(lei)器官(guan)技術(shu)仍(reng)面臨挑(tiao)戰：如何(he)實(shi)現(xian)更(geng)精(jing)確(que)的動(dong)靜脈(mai)分(fen)化(hua)？如何(he)模擬血腦屏(ping)障(zhang)等(deng)特殊血管功(gong)能？如(ru)何(he)與神(shen)經(jing)系(xi)統、免(mian)疫系(xi)統等(deng)其(qi)他(ta)類器(qi)官(guan)整合(he)？

未來(lai)的(de)發展方(fang)向(xiang)將(jiang)聚(ju)焦(jiao)於(yu)：

標(biao)準化(hua)與自動(dong)化(hua)：建立(li)更穩定(ding)、可(ke)重復(fu)的培(pei)養(yang)方案，並(bing)適配(pei)自動(dong)化(hua)液體(ti)處(chu)理系(xi)統，以(yi)滿足(zu)工業(ye)級藥(yao)物篩(shai)選(xuan)的(de)需求(qiu)。

功能復(fu)雜(za)性(xing)提(ti)升(sheng)：引入血(xue)流(liu)、壓(ya)力(li)等(deng)物理(li)刺激，並(bing)共培(pei)養(yang)免疫細(xi)胞，構建更具(ju)生(sheng)理功(gong)能的(de)"血管-免(mian)疫"微(wei)環境。

個性(xing)化(hua)醫療：利(li)用患者(zhe)iPSCs構建"個體(ti)化(hua)"血管類(lei)器官(guan)，用(yong)於預(yu)測(ce)其(qi)對特定(ding)治(zhi)療方案的反應，實現(xian)精(jing)準醫(yi)療。

五(wu)、 結(jie)論

人血(xue)管類(lei)器官(guan)不(bu)僅(jin)僅(jin)是壹個美(mei)麗的(de)科學(xue)模型，它(ta)更是壹個強(qiang)大(da)的(de)發現(xian)引擎和(he)測(ce)試平(ping)臺。它(ta)讓(rang)我們(men)能夠(gou)在壹個(ge)可(ke)控(kong)的、人(ren)性(xing)化(hua)的系(xi)統中(zhong)，直接(jie)觀察(cha)和(he)研(yan)究血(xue)管的(de)生(sheng)命(ming)活(huo)動(dong)。從揭(jie)秘疾(ji)病(bing)根源(yuan)到(dao)加速新藥(yao)誕生(sheng)，再到(dao)搭建(jian)未來(lai)人(ren)造器官(guan)的(de)基(ji)石(shi)，血管類(lei)器官(guan)技術(shu)壹(yi)場(chang)生(sheng)物醫(yi)學(xue)研(yan)究的(de)深刻(ke)變(bian)革，為最終戰勝(sheng)血管相(xiang)關疾(ji)病(bing)、推(tui)動(dong)再生(sheng)醫學(xue)發展註入不(bu)可(ke)估量的動(dong)力(li)。

隨(sui)著(zhe)技術(shu)的(de)不(bu)斷成(cheng)熟與融合(he)，在(zai)培(pei)養(yang)皿(min)中(zhong)構建並(bing)駕馭這套(tao)精(jing)密的"生(sheng)命(ming)運河系(xi)統"，正(zheng)從科(ke)幻走向(xiang)現(xian)實(shi)。