使用去细胞化支架对生物工程肝脏中胆道系统的三维重建

为何制造新肝至关重要

肝功能衰竭每年导致数百万人死亡，对许多患者而言，唯一的希望是移植。然而，供体肝脏稀缺，患者常常在器官可用之前就去世。因此，科学家们梦想在实验室中培养可替代的肝脏。一个关键的缺失环节是可靠地重建那些输送胆汁的微小通道——胆汁对消化与废物排除至关重要。本研究显示，现在可以在实验室制造的大鼠肝脏模型中重建大部分胆道系统，使工程化替代器官更接近现实。

将真器官变成可用的支架

研究人员以完整大鼠肝脏为起点，仔细去除所有活细胞，仅保留被称为支架的非活性支撑物质。这个过程称为去细胞化，去除了细胞核和其他细胞成分，但保留了贯穿器官的细小血管和胆管树状结构。由此得到的半透明结构充当了肝脏的详细三维模具，具有可供后续重新接种新细胞的空心通道。

在支架上接种肝细胞与胆管细胞

接着，研究组将两种大鼠细胞引入这一空白框架。首先是原代肝细胞——肝脏的主要功能细胞，负责产生胆汁、解毒药物并合成多种血液蛋白。第二种是肝内胆管上皮细胞类器官（intrahepatic cholangiocyte organoids），它们由胆管组织片段培养而成，表现出类似胆管内衬细胞的特性。类器官细胞通过胆管灌注进入支架，在营养丰富、持续灌流的培养系统中沉降并生长数天。随后加入肝细胞，并继续培养整体构建体，使两类细胞在支架内自我组织。

三维重建微小胆道通道

详细显微观察显示，来源于类器官的细胞成功地铺覆在保留的胆管内表面，形成连续的管状结构，类似天然胆管。肝细胞则扩散到周围组织空隙并附着于支架及相互之间。重要的是，它们重新建立了细胞极性，并在相邻细胞间形成狭窄的通道，称为胆小管（bile canaliculi），胆汁通常最初在此处出现。在某些区域，这些新形成的胆小管直接位于重建胆管的旁侧，紧密模仿健康肝脏中胆汁从胆小管流入胆管再排出的排列方式。

新系统可能输送胆汁的迹象

为了检验这一重建网络是否不仅仅在外观上相符，研究组在从胆管出口收集的液体以及循环于器官的培养液中测量了胆汁酸——胆汁的关键成分。在显微胆小管与胆管彼此接近的样本中，胆汁酸水平在胆管引流液中往往高于周围的培养基。这一分布模式与肝细胞产生胆汁、经胆小管汇入并被浓缩进入胆管的预期一致。尽管样本量较小且测量仍属初步，但这些数据为重建的通路能够实际运输胆汁提供了早期功能性支持。

迈向实验室培养的替代肝脏

对非专业读者而言，主要结论是：研究人员已经设法在工程化器官中重建了肝脏复杂的胆道排泄系统的大部分，方法是用两类精心选择的细胞重新填充真实肝脏支架。该工作尚未产生可用于移植的完全功能性肝脏，仍有许多挑战需要克服，包括提高细胞存活率、实现器官内更均匀的重建，以及证明在更长时间和活体动物中具有稳健的胆汁流动性。尽管如此，这项研究证明了实现胆汁运输所需三维结构的可重装配性，使生物工程肝脏领域更接近未来可能用于替代患者受损肝脏的器官。

引用: Horie, H., Fukumitsu, K., Hanabata, Y. et al. Three-dimensional reconstruction of a biliary system in a bioengineered liver using decellularized scaffold. Sci Rep 16, 8071 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39175-2

关键词: 生物工程肝脏, 胆管, 组织工程, 器官支架, 肝脏再生