科学家已创造出可注射的"迷你肝脏"，这些微型肝脏在小鼠体内维持了数周的重要肝功能。图片来源：Shutterstock
工程化组织移植物可帮助执行关键肝脏功能，惠及成千上万的肝衰竭患者。
肝脏是人体中工作最繁重的器官之一，承担着数百项重要工作，从过滤毒素、代谢药物到产生对血液凝固至关重要的蛋白质。然而当肝脏功能衰竭时，唯一明确的治疗方法通常是移植，但这一方案受到供体器官长期短缺的限制。
麻省理工学院(MIT)的工程师们现已开发出可注射的"迷你肝脏"，这些微型肝脏在小鼠体内至少存活了两个月，同时执行健康肝组织的许多功能。
"我们把这些视为卫星肝脏。如果我们能将这些细胞送入体内，同时保留病变器官，就能提供增强功能，"麻省理工学院健康科学与技术、电气工程与计算机科学约翰和多萝西·威尔逊教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所(IMES)成员桑吉塔·巴蒂亚表示。
巴蒂亚是这项发表在《细胞生物材料》(Cell Biomaterials)期刊上的研究的主要作者。麻省理工学院博士后瓦尔德曼·库马尔是该论文的第一作者。
恢复肝功能
肝脏执行约500项重要工作，从帮助控制血液凝固到清除血液中的细菌和分解药物。这些任务中的许多都依赖于肝细胞，即肝脏的主要功能性细胞。
十多年来，巴蒂亚实验室一直在开发无需手术肝移植即可恢复肝细胞活性的方法。一种策略是将肝细胞置于水凝胶等生物材料内，但这种方法仍需手术植入凝胶。
研究人员使用微流控设备生成形状和大小均匀的水凝胶微球。这些微球随后与肝细胞混合并注入体内，在体内形成稳定的迷你肝脏。图片来源：巴蒂亚实验室
直接将肝细胞注射到体内可以避免手术。在这项研究中，巴蒂亚实验室旨在通过为细胞提供工程化环境来提高这种方法的有效性，这有助于它们存活，并让医生无需再进行侵入性手术就能跟踪移植物的健康状况。
解决方案是将细胞与水凝胶微球一起注射。这些微小的球体帮助细胞保持聚集并与附近的血管连接。它们在紧密堆积时可以像液体一样，从而能够通过注射器，然后在体内恢复为固体结构。
近年来，水凝胶微球已被研究作为伤口愈合的工具，因为它们允许细胞移动到球体之间的空间并形成新组织。在新工作中，麻省理工学院团队采用了相同的基本思路，以帮助肝细胞在注射后构建稳定的移植物。
"我们所做的就是利用这项技术为细胞移植创造一个工程化生态位，"库马尔说。"如果在没有这些球体的情况下注射细胞，它们将无法有效地与宿主整合，但这些微球为肝细胞提供了一个生态位，使它们能够保持局部化并更快地连接到宿主循环系统。"
注射材料还包含成纤维细胞，这些细胞支持肝细胞存活并促进血管生长到移植物中。
微球(绿色)、肝细胞(品红色)和支持性成纤维细胞(橙色)随着时间的推移组装并重组为工程化肝脏移植物。图像显示了在实验室培养的移植物在第零天(左)和第十四天(右)的比较。图片来源：巴蒂亚实验室
巴蒂亚实验室与科赫研究所的超声研究专家妮可·亨宁合作，开发了一种超声引导注射器方法，将细胞混合物放置在体内。同样的成像方法也可在注射后用于追踪植入物的稳定性。
在这项研究中，迷你肝脏被放置在腹部的脂肪组织中。未来版本可能被递送到身体的其他部位，包括脾脏或肾脏附近的区域。如果移植物有足够的空间和充足的血液供应，注射的肝细胞可以像肝脏内的肝细胞一样发挥作用。
"对于绝大多数肝脏疾病，移植物不需要紧邻肝脏，"库马尔说。
移植的替代方案
在小鼠实验中，肝细胞和微球的混合物被注射到称为腹股沟周围脂肪组织的脂肪组织中。细胞在原位固定后，形成了密集而稳定的结构。随着时间推移，新的血管生长到移植物中，帮助保持肝细胞存活和功能。
"新血管紧邻肝细胞形成，这就是它们能够存活的原因，"库马尔说。"它们能够获得直接送达的营养物质，能够按照应有的方式发挥功能，并产生我们期望的蛋白质。"
根据巴蒂亚实验室的说法，这些细胞在八周的研究期间保持存活并继续向动物循环系统释放特化蛋白质。这一结果表明，该方法有朝一日可作为肝疾病的长期治疗方法。
"我们看待这项技术的方式是，它可以提供手术的替代方案，但也可以作为移植的桥梁，在供体器官可用之前，这些移植物可以提供支持，"库马尔说。"如果我们认为他们可能需要另一种疗法或更多移植物，使用这种可注射技术的障碍比进行另一次手术要小得多。"
使用当前版本的技术，患者可能需要免疫抑制药物。巴蒂亚实验室目前正在研究可能的解决方案，包括可以避免免疫攻击的"隐形"肝细胞或在移植物部位直接释放免疫抑制剂的水凝胶微球。
参考文献："Image-guided injectable niche for hepatocyte transplantation" by Vardhman Kumar, Joa Yun, Susanna K. Elledge, Nicole Henning, Katarzyna A. Grzelak, Ashley D. Westerfield, Amy Stoddard, Favour A. Oladimeji, Virginia Spanoudaki, Kasturi Chakraborty, Savan K. Patel, Heather E. Fleming, Christopher S. Chen and Sangeeta N. Bhatia, 3 March 2026, Cell Biomaterials.
DOI: 10.1016/j.celbio.2026.100378
这项研究得到了美国国家癌症研究所科赫研究所支持(核心)拨款、美国国立卫生研究院、Wellcome Leap HOPE计划、美国国家科学基金会研究生研究奖学金以及霍华德·休斯医学研究所的资助。
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