《Scientific Reports》：Animal-origin-free method for generating blood vessel organoids
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当前血管类器官(BVO)制备流程复杂、依赖动物源性胞外基质(如Matrigel)，限制了其重现性、规模化和临床应用。为此，研究人员开发了一种简化、无动物来源的BVO生成新方法。该方法基于“悬滴”法，在人源胶原基质中使用U型底96孔板，实现了hiPSC的标准化聚集与分化。所得BVOs形态与细胞组成稳定，CD31+内皮细胞与PDGFRβ+周细胞比例与传统方法相当，并在小鼠皮肤伤口模型中成功整合入宿主血管。该研究为血管疾病建模、药物筛选和再生治疗提供了一种更具可重复性和自动化潜力的可靠工具。
在生命科学与再生医学的前沿，血管类器官正迅速崛起为一颗明星。它们是在实验室中培育出的三维微型血管结构，能够模拟人体血管的复杂组织和功能，为研究心血管疾病、筛选潜在药物乃至开发细胞疗法提供了前所未有的“活体”模型。然而，这颗明星的诞生过程却充满了挑战。传统的血管类器官培养方案不仅步骤繁琐、耗时费力，其核心还依赖于一种名为Matrigel的动物源性胞外基质。这种基质成分复杂且批次间存在差异，犹如为每次实验都引入了不确定的“黑箱”，严重制约了实验结果的可靠重现与大范围推广。更重要的是，任何含有动物来源成分的生物材料，在通往临床应用的路上都面临更高的安全审批门槛。因此，开发一种简化、标准且完全无动物来源的血管类器官制备方法，已成为推动该领域从实验室走向产业化和临床转化的关键瓶颈。
为了突破这一瓶颈，一支研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新性研究。他们成功开发了一种全新的、无动物来源的血管类器官生成方案。该方案的核心是摒弃了传统中将细胞团块包埋于双层胞外基质的复杂操作，创新性地采用了基于U型底超低吸附96孔板的“悬滴”培养法。这一简洁的设计，仅需单层人源胶原基质，就能实现人诱导多能干细胞的高效聚集和定向分化为血管类器官。研究证实，用这种新方法培育出的血管类器官，其三维形态和细胞组成具有高度的可重复性。流式细胞术分析显示，其中含有正常比例的CD31+（一种内皮细胞标志物）内皮细胞和PDGFRβ+（血小板源性生长因子受体β，一种周细胞标志物）周细胞，与用传统双层基质法培养出的类器官品质相当。更有说服力的是，当将这些成熟的血管类器官移植到小鼠的全层皮肤伤口中时，它们成功地与宿主的血管网络发生了整合，展现了其在修复受损组织方面的巨大应用潜力。这项研究的意义在于，它不仅提供了一种更可靠、更经济的血管类器官制造工具，更因其与自动化设备的高度兼容性，为未来实现血管类器官的高通量生产、大规模药物筛选乃至标准化临床级细胞产品制备铺平了道路。
本研究主要采用了以下几项关键技术方法：1. 基于人诱导多能干细胞的血管类器官分化体系。2. 创新的“悬滴”培养法，使用U型底超低吸附96孔板和人源胶原基质进行细胞聚集与分化。3. 流式细胞术，用于定量分析血管类器官中CD31+内皮细胞和PDGFRβ+周细胞的比例。4. 小鼠全层皮肤伤口模型，用于在体评估血管类器官的整合与治疗潜力。
BVO generation utilizing the here described optimized protocol resulted in the formation of BVOs with reproducible morphology and cellular composition.
本研究首先优化并建立了基于“悬滴”法的血管类器官生成流程。研究人员将人诱导多能干细胞在特定条件下于U型底96孔板中进行培养，成功诱导形成了具有典型三维管腔样结构的血管类器官。关键发现是，与传统的复杂方法相比，这种简化方案能够稳定、可重复地产生形态和结构一致的类器官，证明了新方法的可靠性。
Flow cytometry confirmed the presence of CD31? endothelial cells and PDGFRβ? pericytes in BVOs, generated in sitting drops in ultra-low adhesive U-bottom shaped 96 well plates, with cell population percentages comparable to those observed in traditional two-layer BVO cultures.
为了精确评估新方法生成血管类器官的细胞组成质量，研究团队使用了流式细胞术进行定量检测。分析结果显示，在“悬滴”法中生成的血管类器官内，确实含有构成功能性血管所必需的两大核心细胞类型：CD31+的内皮细胞和PDGFRβ+的周细胞。并且，这两种细胞在类器官中的比例，与使用传统双层胞外基质法培养出的类器官中的比例没有显著差异。这一结果表明，尽管培养体系大幅简化，但新方法在引导细胞正确分化、形成具有正确细胞组分的三维结构方面，效果与传统方法旗鼓相当。
In vivo transplantation of mature BVOs in a mouse full-thickness skin wound model demonstrated integration of BVO derived cells into host vessels, highlighting their potential in cell-based therapies.
验证血管类器官功能活性的“金标准”是在体实验。研究人员将用新方法培育成熟的血管类器官，移植到免疫缺陷小鼠背部制造的全层皮肤伤口处。组织学分析显示，移植的类器官不仅能在伤口处存活，其内部的内皮细胞还能迁移出来，并与宿主小鼠原有的血管系统相互连接，形成功能性的吻合。这直接证明了这些在实验室中“诞生”的微型血管，具备在活体内整合并参与血管新生的生物学能力，为其在未来用于治疗缺血性疾病、创伤修复等细胞治疗领域提供了坚实的实验依据。
综上所述，本研究成功开发并验证了一种全新的血管类器官生成方案。其核心结论在于：第一，该方法彻底摆脱了对动物源性胞外基质的依赖，使用了成分明确的人源胶原基质，提升了技术的安全性和临床转化潜力。第二，创新的“悬滴”单层培养法极大地简化了操作流程，减少了对实验人员熟练度的要求，并显著降低了材料和时间的消耗。第三，该方法与自动化液体处理系统和高通量筛选平台具有天然的兼容性，为实现血管类器官的标准化、规模化生产打开了大门。第四，由此方案生成的血管类器官在细胞组成、三维结构以及体内功能上，均不逊色于传统复杂方法的产品，证明了其有效性和可靠性。讨论部分进一步强调了这项工作的深远意义。它不仅仅是一个实验室技术的优化，更是推动整个血管生物学和再生医学研究范式转变的关键一步。可重复、可扩展、无动物来源的血管类器官制备平台，将加速其在疾病建模、药物毒性测试、个性化医疗以及最终临床级细胞治疗产品开发中的应用进程，为攻克众多血管相关疾病带来了新的希望。
