纤维化是影响较为广泛的一类疾病，可发生于几乎所有人体器官，导致器官功能退化甚至衰竭。肝脏的纤维化往往会发展成肝硬化，最终导致肝癌。纤维化组织的典型特征是微血管退化，以及由于大量胶原蛋白沉积导致的组织变硬，研究纤维化过程中的微血管调控机理具有重要临床转化意义。而由于动物与人在生理、病理和遗传方面的差异，在动物水平验证成功的候选药物很多在临床试验阶段失败，因此，建立微血管体外模型具有重要转化医学意义。
青岛大学医学部转化医学研究院王栋课题组在微血管领域有多年研究基础，近年来主要聚焦于转化医学研究。2022年，课题组在中科院1区期刊Journal of Tissue Engineering (doi: 10.1177/20417314221125310)发表了一种新的成体微血管体外模型，在此基础上，课题组于2023年在血管领域经典期刊ATVB (中科院1区) (doi： 10.1161/ATVBAHA.123.319119)发表论文揭示了胞外基质通过对微血管内皮细胞力学刺激使其分泌促纤维化因子进而调控周细胞分化为肌成纤维细胞的新机制。
2024年8月10日，王栋团队在Journal of Tissue Engineering发表了题为“Two-dimensional vascularized liver organoid on extracellular matrix with defined stiffness for modeling fibrotic and normal tissues”的论文，成功构建了一种新型二维血管化肝脏类器官模型，并且可以模拟纤维化和正常组织的不同硬度微环境。该模型不但可用于评估候选药物的抗纤维化效果，而且可以同时检查其是否对正常组织有潜在副作用，为抗纤维化药物筛选提供了新的平台工具和新思路。
首先，研究人员将大鼠肝脏组织进行胶原酶消化，利用30 μm筛网过滤去除红细胞和细胞碎片，将这些多细胞混合物接种入培养皿中进行体外培养，微血管细胞、星状细胞和上皮细胞会自组装形成多层细胞结构，研究人员将其命名为二维血管化肝脏类器官。该方法有利于免疫荧光染色分析单细胞成分，也可以对培养基底进行修饰以模拟不同硬度的纤维化微环境。本研究评估了两种TGFβ抑制剂A83-01和吡非尼酮(pirfenidone, PFD)的抗纤维化效果以及对正常组织的潜在副作用，其中吡非尼酮是已被FDA批准的用于肺纤维化临床治疗的药物。
为了模拟肝脏纤维化过程中的不同硬度微环境，该研究使用课题组前期建立的方法(ATVB，2023，doi：10.1161/ATVBAHA.123.319119)构建了不同杨氏模量的胞外基质基底，其中约20 kPa和6 kPa的ECM模拟纤维化微环境，约1 kPa的ECM模拟正常组织，普通培养皿(3 GPa)作为一个对照组。研究发现TGFβ信号通路抑制剂A83-01可以促进肝上皮细胞标志物基因表达，同时也会促进一些与肿瘤相关的基因表达，有待进一步研究其潜在致瘤风险。
星状细胞是肝纤维化过程中肌成纤维细胞的一个重要来源，研究人员通过对免疫荧光染色以及qPCR结果分析发现星状细胞在微血管周围，A83-01有利于星状细胞的生长，并且可以抑制纤维化相关基因表达。
肝脏纤维化过程往往伴随着微血管退化，理想的抗纤维化治疗需要在抑制纤维化的同时恢复微血管的生理功能。研究发现A83-01对1 kPa软基底上微血管的生长有一定抑制作用，意味着A83-01可能对正常组织有潜在危害。
研究发现微血管内皮细胞和肝脏上皮细胞主要通过ITGB1感受基底硬度，并分泌CTGF等因子促进纤维化进程。
另外，研究者利用qPCR系统分析了吡非尼酮对血管化肝脏类器官的作用，发现吡非尼酮对1 kPa软基底上的基因表达影响较小，意味着可能对正常组织具有较小副作用；吡非尼酮对纤维化基因表达的抑制效果不如A83-01，但是仍然可以特异地抑制胶原(Col1a1和Col3a1)表达，鉴于胶原是纤维化组织的终产物，这个结果表明吡非尼酮具有一定的抑制纤维化效果。这些研究结果与临床试验结果具有一致性。
综上所述，本研究建立了一种新型二维血管化肝脏类器官模型，结合调控胞外基质基底的硬度，可以用来研究候选药物的抗纤维化效果，以及对正常组织的潜在副作用。本研究建立的模型方法也可用于构建其他组织和器官的血管化类器官模型，为生物力学和组织工程研究提供新的思路，为药物研发提供新的平台工具。
青岛大学医学部转化医学研究院王栋为本论文通讯作者，青岛大学医学部转化医学研究院/基础医学院2021级硕士研究生马磊为第一作者，其他作者包括转化医学研究院2021级硕士研究生尹琳和李菁教授，以及青岛市市立医院本部泌尿外科祝海主任。本研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金肿瘤防治联合基金、山东省自然科学基金、青岛市自然科学基金、青岛大学“医学+”学科集群联合探索项目支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1177/20417314241268344
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