无动物来源方法生成血管类器官

为什么培养微型血管很重要

我们的身体依赖庞大的血管网络输送氧气、清除废物并帮助伤口愈合。当这个网络失效时，例如糖尿病或严重损伤，现有治疗常常有限。科学家们已经开始在实验室中培养器官的微型版本，称为类器官，用于研究疾病和测试药物。本文描述了一种新的方法，可从人类干细胞在不使用动物来源材料的情况下培养微小的三维血管结构，使其更安全、更可靠，并更适合未来的医疗用途。

由人类干细胞构建的微型血管

研究人员关注血管类器官——由人类诱导多能干细胞制成的小型组织球体，这类细胞可以分化为多种组织。这些类器官包含真实血管中的两种关键细胞类型：内皮细胞，它们排列在血管内壁；以及包绕其周围并提供支持的周细胞。在现有方法中，类器官通常在诸如Matrigel等动物来源的凝胶中培养，这些凝胶成分复杂、成本高且批次间差异大。这种变异性使得实验难以重复，并且几乎不可能满足用于患者治疗的严格制造标准。

更简单的单板“坐滴”配置

为了解决这些问题，团队围绕常见的96孔板重新设计了生长流程，这类孔板的U型底部可防止细胞黏附。将人类干细胞加入每个孔中，细胞会自然聚集成单个、尺寸可控的圆形团块。随后按模仿早期发育的阶段引导它们，先促使向身体中层（中胚层）分化，然后朝血管命运发展。研究者没有将这些脆弱结构在培养皿之间转移并嵌入两层凝胶，而是直接在同一孔内于每个团块上方放置一滴凝胶——他们称之为“坐滴”配置。这种简化方法减少了操作步骤、降低了出错率，并且便于与自动化液体处理机器人配合。

从动物凝胶到人类胶原

团队系统地测试了哪些凝胶最能支持健康且结构良好的类器官。他们首先比较了不同类型的孔板，发现只有超低粘附的U底板能稳定地产生尺寸一致、成形良好的细胞团块并正确发育为类血管组织。随后他们摒弃了Matrigel和Geltrex等动物混合物，改用单一、定义明确的成分：胶原蛋白，这是一种许多组织中的主要结构蛋白。使用牛源胶原或完全重组的人源胶原，他们得到的类器官呈圆形、均一，且富含内皮细胞与周细胞。在优化的人源胶原浓度下，类器官较快达到稳定的球形，并显示出紧密组织的内部血管网络，其质量可与甚至优于传统动物基凝胶培养的结果相媲美。

把实验室培养的血管投入考验

培养出外观逼真的类器官只有在其功能类似真实组织时才有价值。为此，研究者将用胶原培养的血管类器官移植到免疫缺陷小鼠的全层皮肤伤口中。大约一个月内，伤口愈合，团队随后检查了修复的组织。他们在动物自身血管中发现了来自类器官的人类血管内皮细胞，形成了混合或嵌合结构，内部甚至包含红细胞。类器官本身已解体，但其细胞显然存活并并入了宿主的血管网络，表明它们可在愈合过程中促进新血管生长。

这对未来医学意味着什么

这项研究表明，血管类器官可以在一个简单的单板系统中，使用仅定义且无动物来源的材料可靠地培养。该方法产生稳定、结构良好的微型血管，适合大规模自动化生产，并且移植后能整合入活体组织。对非专业读者来说，关键信息是：我们正在越来越接近能够培养出安全、标准化的血管构建模块的目标，这些模块未来或可用于修复受损组织、模拟诸如糖尿病相关血管损伤等复杂疾病，并在减少对动物实验依赖的前提下加速新药测试。

引用: Hoffmann, A., Schorn, D., Thönig, J. et al. Animal-origin-free method for generating blood vessel organoids. Sci Rep 16, 12096 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42977-z

关键词: 血管类器官, 人类干细胞, 胶原基质, 再生医学, 高通量筛选