首次！科學家在培養皿中培養出完美的人類血管

科技 01-22

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谷君說

研究員Reiner Wimmer說，「我們的研究如此令人激動人心以至於我們成功地利用幹細胞培養出真正的人血管。我們的血管類器官在很大程度上類似於人毛細血管，而且我們如今能夠利用它們直接在人體組織上研究血管疾病。」

人類血管

文/towersimper

在一項新的研究中，來自奧地利科學院分子生物技術研究所的研究人員首次在培養皿中成功地培養出完美的人類血管作為類器官（organoid）。

這種突破性的工程技術極大地促進了糖尿病等血管疾病的研究，從而確定了一種潛在地阻止血管變化的關鍵途徑，其中血管變化是糖尿病患者死亡和發病的主要原因。

相關研究結果於2019年1月16日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Human blood vessel organoids as a model of diabetic vasculopathy」。

類器官是利用幹細胞培養出的三維結構，它可模仿器官並且可以用於在培養皿中研究這種器官的各個方面。

論文通訊作者、奧地利科學院分子生物技術研究所創始主任Josef Penninger說，「能夠利用幹細胞構建出作為類器官的人血管是一種改變遊戲規則的方法。我們體內的每種器官都與血液循環系統連接在一起。這可能潛在地允許科學家們揭示包括阿爾茨海默病、心血管疾病、傷口癒合問題、中風、癌症和糖尿病在內的一系列疾病的病因和治療方法。」

據估計，糖尿病影響全世界有4.2億人。許多糖尿病癥狀是導致血液循環和組織氧氣供應受損的血管變化的結果。

儘管這種情形普遍存在，但是人們對糖尿病引起的血管變化知之甚少。

這種限制延緩了對迫切需要的療法的開發步伐。為了解決這個問題，Penninger和他的同事們開發了一種開創性的模型：在培養皿中培養出的三維人體血管類器官。

這些所謂的「血管類器官（vascular organoid）」能夠在實驗室中利用幹細胞培養出，並且顯著地模擬真實的人血管的結構和功能。

當這些研究人員將這種血管類器官移植到小鼠體內時，他們發現它們發育成功能完善的人體血管，包括動脈和毛細血管。

這一發現表明，不僅可以在培養皿中利用人幹細胞培養出血管類器官是可能的，而且在另一個物種中培養功能性的人血管系統也是可能的。

論文第一作者、奧地利科學院分子生物技術研究所博士後研究員Reiner Wimmer說，「我們的研究如此令人激動人心以至於我們成功地利用幹細胞培養出真正的人血管。我們的血管類器官在很大程度上類似於人毛細血管，而且我們如今能夠利用它們直接在人體組織上研究血管疾病。」

糖尿病的一種特徵是血管表現出基底膜（basement membrane）的異常增厚。結果就是氧氣和營養物向細胞和組織的運送受到嚴重損害，從而導致許多健康問題，比如腎衰竭、心臟病、中風、失明和外周動脈疾病。

這些研究人員隨後將這些血管類器官暴露在培養皿中的「糖尿病」環境之下。Wimmer說，「令人吃驚的是，我們能夠觀察到血管類器官中的基底膜大量擴張。這種典型的基底膜增厚與糖尿病患者的血管損傷非常相似。」

這些研究人員接著尋找了能夠阻止血管壁增厚的化合物。他們發現目前的抗糖尿病藥物都不能對這些血管缺陷產生積極影響。

不過，他們發現一種γ-分泌酶抑製劑能夠阻止血管壁增厚，這表明至少在動物模型中，阻斷γ-分泌酶可能有助於治療糖尿病。

這些研究人員說，這些發現可能允許他們找出血管疾病的根本原因，並可能為糖尿病患者開發新的治療方法並對這些方法進行測試。