[特别推荐]Advance Science：通过非实质细胞移植在芯片上实现高通量形成预血管化hiPSC衍生的肝胆类器官

陈璞教授作为ISCO（干细胞与类器官创新项目）的荣誉发起人，近期在高水平期刊《Advanced Science》上发表了重要研究成果。该研究团队通过创新的非实质细胞移植（Nonparenchymal Cell Grafting, NCG）策略，成功实现了人类诱导多能干细胞（hiPSC）衍生的肝胆类器官（vhHBOs）的高效预血管化。这一突破性成果不仅在技术上实现了肝类器官预血管化的创新，而且为肝脏再生医学提供了新的思路和方法。

研究中，陈璞教授及其团队利用微制造技术构建了一个六角形紧密排列腔体阵列（mHCPCA）芯片，实现了肝类器官的高通量、可重复生产。通过在肝类器官的不同分化阶段移植内皮细胞和间充质细胞，研究团队发现，在肝成熟阶段进行内皮细胞移植能够获得最佳的整合效率，而间充质细胞的移植则显著促进了内皮细胞的侵入和芽生。此外，移植后的vhHBOs在小鼠体内的异位植入实验中，显示出与小鼠血管网络的整合能力，并能够自组织成类似天然肝脏组织的结构，如肝小叶和胆管，显示出其在再生受损肝组织和胆管组织方面的巨大潜力。

这项研究不仅在技术上实现了肝类器官预血管化的突破，而且为肝脏再生医学提供了新的思路。通过非实质细胞移植策略，可以在不干扰肝实质细胞分化的前提下，构建出具有高保真度的体外复杂模型，这对于组织工程和再生医学的发展具有重要的科学价值和应用前景。未来，该策略有望被推广应用于其他类型的类器官的血管化研究，进一步推动再生医学的发展。陈璞教授的这一成果不仅展示了其在干细胞与类器官领域的卓越领导力，也为全球再生医学研究做出了重要贡献。

肝脏是人体最重要的代谢器官之一，其功能的正常与否直接影响到人体的健康状态。然而，由于肝病的高发性和复杂性，传统的治疗方法往往难以满足临床需求，因此，肝脏再生医学的研究成为了一个重要的科学领域。近年来，随着干细胞技术和组织工程技术的发展，肝类器官（Liver Organoids）作为研究肝脏发育、疾病机制以及药物筛选的重要体外模型，受到了广泛关注。肝类器官是由干细胞分化而来的三维细胞团，能够模拟肝脏的结构和功能，为研究肝脏疾病提供了新的平台[1]。

尽管肝类器官在模拟肝脏功能方面取得了一定的进展，但其在再生医学中的应用仍面临诸多挑战。其中，一个关键问题是如何在不影响肝实质细胞（肝细胞）分化的情况下实现肝类器官的预血管化（Pre-vascularization）。血管化是组织工程中一个重要的环节，它能够为移植的组织提供必要的营养和氧气，从而提高移植成功率[2]。然而，目前大多数预血管化的策略往往需要在培养基中添加非实质细胞培养因子和生长因子，这可能会干扰肝实质细胞的分化和功能[3]。因此，如何在不添加额外培养因子的情况下实现肝类器官的高效预血管化，成为了一个亟待解决的科学问题。

针对这一挑战，研究者们提出了一种新的策略——非实质细胞移植（Nonparenchymal Cell Grafting, NCG）。该策略通过在肝类器官的不同分化阶段移植内皮细胞和间充质细胞，实现了肝类器官的预血管化，同时保持了肝实质细胞的分化特性[4]。研究表明，在肝成熟阶段进行内皮细胞移植，能够获得最佳的整合效率，而间充质细胞的移植则有助于内皮细胞的侵入和芽生[5]。此外，移植后的肝类器官在小鼠体内的异位植入实验中，显示出与小鼠血管网络的整合能力，并能够自组织成类似天然肝脏组织的结构，如肝小叶和胆管，显示出其在再生受损肝组织和胆管组织方面的潜力[6]。

这项研究不仅在技术上实现了肝类器官预血管化的突破，而且为肝脏再生医学提供了新的思路。通过非实质细胞移植策略，可以在不干扰肝实质细胞分化的前提下，构建出具有高保真度的体外复杂模型，这对于组织工程和再生医学的发展具有重要的科学价值和应用前景。未来，该策略有望被推广应用于其他类型的类器官的血管化研究，进一步推动再生医学的发展[7]

在肝脏再生医学领域，如何在不影响肝实质细胞分化的情况下实现肝类器官的预血管化一直是一个重要的科学问题。研究者们提出了一个猜想：通过在肝类器官的不同分化阶段移植内皮细胞和间充质细胞，可以在不添加非实质细胞培养因子的情况下实现肝类器官的高效预血管化。为此，研究团队设计了一种非实质细胞移植（NCG）策略，并利用微制造技术构建了一个六角形紧密排列腔体阵列（mHCPCA）芯片，以实现肝类器官的高通量、可重复生产.

研究者们首先将人类诱导多能干细胞（hiPSCs）分化为前肠干细胞（hFSCs），然后将这些细胞在mHCPCA芯片中培养成肝类器官（hHBOs）。在肝类器官的不同分化阶段（第10天、第14天和第18天），研究者们分别移植了绿色荧光蛋白标记的人脐静脉内皮细胞（GFP+HUVECs）和间充质细胞（MRC-5）。通过荧光显微镜观察和基因表达分析，研究发现，在肝成熟阶段（第18天）进行内皮细胞移植能够获得最佳的整合效率，此时GFP+HUVECs在肝类器官中的覆盖率显著增加（图1）。此外，间充质细胞的移植显著促进了内皮细胞的侵入和芽生，增加了肝类器官中血管的长度和分支数量（图2）.

研究结果表明，非实质细胞移植策略能够在不干扰肝实质细胞分化的前提下，实现肝类器官的高效预血管化。移植后的vhHBOs在小鼠体内的异位植入实验中，显示出与小鼠血管网络的整合能力，并能够自组织成类似天然肝脏组织的结构，如肝小叶和胆管（图3）。这些发现不仅验证了研究者的猜想，也为肝脏再生医学提供了新的思路和方法。

总结而言，这项研究通过创新的非实质细胞移植策略，成功实现了肝类器官的预血管化，为肝脏再生医学的发展提供了重要的技术支持。未来，研究者们可以进一步探索该策略在其他类型类器官中的应用，以及如何优化移植细胞的比例和分化阶段，以提高血管化效率和类器官的功能性。此外，还可以研究移植后的类器官在体内的长期稳定性和功能维持机制，为临床应用提供更有力的科学依据。

这项研究的特色与创新之处主要体现在以下几个方面：

特色

1. 非实质细胞移植策略：该研究采用了一种创新的非实质细胞移植（NCG）策略，通过在肝类器官的不同分化阶段移植内皮细胞和间充质细胞，实现了肝类器官的预血管化。这种方法避免了传统方法中需要添加非实质细胞培养因子和生长因子的弊端，从而不会干扰肝实质细胞的分化和功能，保持了肝类器官的高保真度.

2. 微制造技术的应用：研究中利用了微制造技术构建了一个六角形紧密排列腔体阵列（mHCPCA）芯片，实现了肝类器官的高通量、可重复生产。这种芯片技术不仅提高了肝类器官的生产效率，还保证了类器官的均一性和稳定性，为后续的研究和应用提供了坚实的基础.

3. 多细胞类型协同作用的研究：该研究不仅关注了内皮细胞在肝类器官预血管化中的作用，还深入探讨了间充质细胞对内皮细胞侵入和芽生的促进作用。通过多细胞类型的协同作用，实现了肝类器官血管化网络的构建，为理解不同细胞类型在组织工程中的相互作用机制提供了新的视角.

创新

1. 肝成熟阶段的内皮细胞移植：研究发现，在肝成熟阶段（第18天）进行内皮细胞移植能够获得最佳的整合效率，这为肝类器官预血管化的最佳时机提供了重要的实验依据。这一发现突破了以往对肝类器官血管化时机的认识，为后续的研究和应用提供了新的方向.

2. 间充质细胞对血管化的促进作用：研究揭示了间充质细胞在肝类器官预血管化中的关键作用，即通过促进内皮细胞的侵入和芽生，增加了肝类器官中血管的长度和分支数量。这一创新发现为利用间充质细胞在组织工程中的应用提供了新的思路，也为提高类器官血管化效率提供了新的方法.

3. 体内外结合的研究方法：该研究不仅在体外实验中验证了非实质细胞移植策略的有效性，还通过小鼠体内的异位植入实验，进一步证实了移植后的vhHBOs能够与小鼠血管网络整合，并自组织成类似天然肝脏组织的结构。这种体内外结合的研究方法，为类器官的临床应用提供了重要的实验支持和科学依据。

   
   

这项研究通过创新的非实质细胞移植策略，成功实现了肝类器官的高效预血管化，为肝脏再生医学的发展提供了重要的技术支持和新的思路。该策略不仅避免了传统方法中添加非实质细胞培养因子和生长因子可能带来的干扰，保持了肝类器官的高保真度，还通过多细胞类型的协同作用，构建了具有高血管化效率和功能性的肝类器官。此外，研究还为类器官的临床应用提供了重要的实验依据，展示了其在修复受损肝组织和胆管组织方面的巨大潜力，为未来再生医学的研究和应用开辟了新的道路。

这种非实质细胞移植技术在肝类器官预血管化方面的应用，为多种肝脏疾病的治疗提供了新的可能性和潜在的治疗方案。以下是一些可能受益于该技术的肝脏疾病：

1. 肝硬化（Cirrhosis）：肝硬化是一种慢性肝病，其特点是肝组织的纤维化和再生结节的形成，导致肝脏结构和功能的严重损害。通过移植预血管化的肝类器官，可以促进受损肝组织的再生和修复，改善肝脏功能，延缓或逆转肝硬化的进程.

2. 急性肝衰竭（Acute Liver Failure, ALF）：急性肝衰竭是一种严重的肝脏疾病，其特点是肝功能在短时间内急剧恶化，导致代谢紊乱和多器官功能衰竭。预血管化的肝类器官移植可以迅速提供肝脏功能支持，帮助患者度过急性期，为肝脏的自我修复和再生争取时间.

3. 遗传性肝病（Inherited Liver Diseases）：如威尔逊病（Wilson's disease）、α1-抗胰蛋白酶缺乏症（α1-antitrypsin deficiency）等，这些疾病是由于基因突变导致的肝脏功能障碍。通过移植经过基因修复的预血管化肝类器官，可以替代病变的肝细胞，恢复正常的肝脏功能，为患者提供长期的治疗效果.

4. 肝癌（Liver Cancer）：虽然肝癌的治疗主要依赖于手术、化疗和放疗等方法，但在某些情况下，如肝癌切除后的肝功能不全或肝癌复发等情况，预血管化的肝类器官移植可以辅助恢复肝脏功能，提高患者的生活质量和生存率.

5. 药物性肝损伤（Drug-Induced Liver Injury, DILI）：药物性肝损伤是由于药物或其代谢产物对肝脏的毒性作用导致的肝损伤。预血管化的肝类器官移植可以为受损的肝组织提供替代和修复，减轻药物对肝脏的毒性影响，帮助患者恢复肝脏功能.

需要注意的是，尽管这种技术在理论上具有广泛的应用前景，但在实际临床应用中仍需经过大量的动物实验和临床试验来验证其安全性、有效性和可行性，以确保其在治疗肝脏疾病方面的真正价值和意义。

ISCO对陈璞教授及其团队在干细胞与类器官领域的卓越贡献表示衷心的感谢，并期待未来在该领域的进一步合作与创新，共同推动再生医学的发展，造福更多患者.

与千万同行共同关注类器官！