重大突破:人类首次成功培育出三维人体血管“类器官!

发布时间:2019-01-21


重大突破:人类首次成功培育出三维人体血管“类器官!


据外媒报道,科学家首次成功在实验室中培育出了“完美”的人类血管。这项突破将对多种血管疾病的研究产生重大影响,其中也包括糖尿病在内,可以让研究人员更加轻松便捷地测试新型药物。这一突破性技术已被发表在期刊《自然》上。


该研究是英国哥伦比亚大学生命科学研究所研究团队开发了一种在培养皿中生长的三维人体血管“类器官(organoids)”的方法,可以用于在培养皿中研究该器官的各个方面。

什么是“类器官”?


类器官是一种3D(三维)细胞培养系统,其与体内的来源组织或器官高度相似。这些3D系统可复制出已分化组织的复杂空间形态,并能够表现出细胞与细胞、以及细胞与基质之间的相互作用。理想状态下,类器官与体内分化的组织具有相似的生理反应。这不同于传统的2D(二维)细胞培养模型,后者在物理、分子和生理学等特性上通常 与来源组织的相似性很低。


虽然最早的3D类器官模型创立于40年前,但是其应用直到最近仍很有限,这是因为早期的类器官模型需要大量 起始细胞、不适于高通量筛选、而且经常呈现出较低的体外活力。随着多能干、祖细胞分离技术的提高,早期类 器官模型的缺陷大部分均得以克服,这使得研究人员能够研发出高重复性、寿命长的类器官。


这些所谓的“血管类器官”可以在实验室中使用干细胞进行培养,惊人地与真实人体血管的结构和功能相似。当研究人员将血管类器官移植到小鼠体内时,他们发现它们发育成功能完善的人体血管,包括动脉和毛细血管。



该发现表明,不仅可以在培养皿中设计人类干细胞的血管类器官,而且可以在另一个物种中培养功能性人体血管系统。“自然”杂志揭晓的这项突破性技术还揭示了一条可能预防血管变化的新途径 - 这是糖尿病患者死亡和发病的主要原因。


研究人员将他们的血管类器官暴露在培养皿中的“糖尿病”环境中。“令人惊讶的是,我们可以观察到血管类器官中基底膜的大量扩张,”Wimmer说,“这种典型的基底膜增厚与糖尿病患者的血管损伤非常相似。”


然后研究人员搜索了可以阻止血管壁增厚的化合物,他们发现目前的抗糖尿病药物都没有对这些血管缺陷产生任何积极影响。


然而,他们发现γ-分泌酶的抑制剂,一种体内的酶,可以防止血管壁增厚,这表明它可能有助于治疗糖尿病。研究人员说,这些发现可以让他们找出血管疾病的根本原因,并可能为糖尿病患者开发和测试新的治疗方法。


“我们的工作令人兴奋的是,我们成功地用干细胞制造真正的人体血管,”该研究的第一作者,IMBA的博士后研究员Reiner Wimmer说,“我们的类器官在很大程度上类似于人类毛细血管,甚至在分子水平上,我们现在可以用它们直接在人体组织上研究血管疾病。”


该研究的资深作者,不列颠哥伦比亚大学生命科学研究所所长Josef Penninger表示,能够将干细胞中的人体血管构建为人体血管是一种改变游戏规则的方法。“我们体内的每一个器官都与循环系统联系在一起,这可能会让研究人员解开各种血管疾病的原因和治疗方法,包括阿尔茨海默病,心血管疾病,伤口愈合问题,中风,癌症,当然还有糖尿病。”

X