研究人员正在实验室中制造越来越复杂的微型器官——如今，这些类器官（organoids）甚至能够自行生长血管。这些模拟心脏、肝脏、肺和肠道的结构是迄今为止最复杂的人类发育模型之一，其包含的细胞类型和组织结构是此前模型中从未见过的。
“类器官的血管化是一个热门话题，”波士顿麻省总医院（Massachusetts General Hospital）的肾脏病学家兼干细胞生物学家Ryuji Morizane表示。
被称为类器官的微型三维细胞结构多年来一直被用于药物测试以及疾病和发育研究。但大多数类器官缺乏运输血液、营养物质和氧气的血管系统，这限制了它们的大小、功能以及成熟能力。例如，肾脏需要血管来过滤血液并产生尿液，而肺则需要血管来进行氧气和二氧化碳交换。
上个月，《科学》（Science）1 和《细胞》（Cell）2 杂志分别发表了两篇研究报告，两个独立团队利用一种新方法，在类器官发育的最早阶段就使其与血管共同生长，从而创造出具有血管的类器官。研究人员从多能干细胞（pluripotent stem cells）出发，这些细胞几乎可以转化为体内任何类型的细胞，他们在培养其他器官组织的同时诱导细胞形成血管。
“这些模型真正展示了这种方法的力量，”描述心脏和肝脏类器官的研究合著者、加州斯坦福大学（Stanford University）的干细胞生物学家Oscar Abilez说道。
早期研究
最早的类器官血管化尝试是先在培养皿中培育血管组织，然后将其与其他细胞类型结合形成“组装体”（assembloids）3。然而，这些模型在模拟真实器官结构和成熟度方面仍存在局限性。
新的方法最初是一次偶然发现。当多个研究团队（包括密歇根大学安阿伯分校的一组研究人员）在培养上皮细胞（构成某些器官和组织外层的细胞）时，他们意外地观察到类器官自发形成了非上皮性的内皮细胞（lining blood vessel cells）。这类细胞通常被视为需要清除的“污染物”，但安阿伯团队却尝试放大这种污染效应，并在肠道类器官中实现了该现象。
受到其他团队这一意外发现的启发，中国科学院北京动物研究所的干细胞生物学家苗一飞（Yifei Miao）及其同事决定尝试控制两种细胞——上皮细胞和血管细胞——在同一培养皿中的同步生长，初始目标为肺部和肠道类器官。
但在早期发育阶段，上皮细胞和血管细胞需要相反的分子信号才能生长。“你只能选择救其中一个，所以自然情况下它们无法共存，”苗一飞解释道。他和同事们找到了一种方法，通过精确控制一系列分子混合物的时间点，触发干细胞同时生成这两种组织2。
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