器官需要持續不斷的血液、營養和氧氣供應才能正常工作。

兩個獨立的研究團隊發現了一種在實驗室培育的器官內生長血管的方法。

在實驗室制造微型器官，如心臟、肝臟和肺的微小復制品，一直是科學家們關注的重點。這些被稱為“類器官”的結構，極大地推進了我們研究疾病和測試新藥的方式。

但其中始終缺少關鍵一環：血管。器官需要持續不斷的血液、營養和氧氣供應才能正常工作。沒有這些血管網絡，實驗室培育的類器官就無法長到足夠大的尺寸、無法完全發揮功能或完全成熟。例如，沒有必要的血管系統，微型腎臟就無法有效過濾血液，微型肺也無法進行氣體交換。

就在剛過去的這個月，發表在《科學》和《細胞》雜志上的兩項新研究宣布了一種解決這一挑戰的突破性新方法。《自然》雜志報道稱，這種方法可以讓研究人員在培育器官組織的同時，從一開始的發育階段就同步培育血管，而不是試圖在后期階段再將血管整合進去。

功能性肺類器官

這一切始于多能干細胞 —— 人體的萬能細胞，能夠轉化為幾乎任何類型的細胞。研究人員現在正引導這些神奇的細胞同時形成器官組織和血管。

為了解決實驗室培育器官缺乏血管的問題，加州大學的團隊首先嘗試分別組裝各個組件。他們使用熒光標記來區分細胞類型，期望紅色代表血管，綠色代表肺組織，然后再將它們組合起來。

然而，他們驚訝地發現，紅色的血管網絡和紅色的上皮細胞（肺組織）竟然從相同的起始材料中同時發育出來。據報道，這些通常被視為“污染物”，但研究人員探索了如何放大這一過程。

他們開發了一種新策略，讓肺組織和血管從一開始就共同生長，從而更接近地模擬自然肺部的發育過程。與之前的模型相比，這種方法產生的微型器官具有更大的細胞多樣性、更好的三維結構、更高的細胞存活率以及更成熟的發育。

當移植到小鼠體內后，這些新型肺類器官成熟并形成了多種細胞類型，甚至創造了對于氣體交換至關重要的肺泡囊。

研究團隊立即將改進的微型肺模型投入實際應用。他們開始研究一種名為《肺泡毛細血管發育不良伴肺靜脈錯位》（Alveolar Capillary Dysplasia with Misalignment of Pulmonary Veins, ACDMPV）的罕見且通常致命的肺部疾病，該病影響新生兒，由FOXF1基因突變引起。

多樣化的心臟細胞

與此同時，在奧斯卡·阿比萊茲（Oscar Abilez）博士領導的斯坦福醫學院，研究人員也取得了重大成功。

他們專注于培育帶有自身微小功能性血管的心臟和肝臟類器官。

阿比萊茲團隊的目標是優化一種化學“配方”，以可靠地生成人類心臟中幾乎所有細胞類型，包括血管網絡。他們結合了制造心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的成熟方法，測試了34種不同的生長因子和其他分子的組合。

在生長兩周后，其中一種名為“條件32”（condition 32）的配方被證明特別有效。它產生了色彩豐富的心臟類器官，表明其中含有大量的心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞。

在3D顯微鏡下，這些成功的環形類器官顯示出有序的結構：心肌細胞和平滑肌細胞位于內部，外層被內皮細胞包裹，內皮細胞形成了清晰可見、類似毛細血管的分支血管網絡。

更令人驚訝的是，對這些類器官進行的單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析發現了人類心臟中幾乎所有其他類型的細胞。

“它包含了心臟中發現的所有這些其他細胞類型，”阿比萊茲說，“這出乎意料，但令人驚喜。”

這些關于培育帶血管類器官的研究，代表了在人類發育和疾病研究領域向前邁出的重要一步。

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