如果说,
干细胞是再生医学的重要分支,那么,类器官就是干细胞的重要延伸。从医药研发和临床医学研究的角度来看,类器官的问世无疑具有划时代的意义。但需要指出的是,类器官技术并非“十全十美”,实际上,目前很多类器官培养技术尚且做不到血管化。
再生医学网获悉,近日,来自上海科技大学生命科学与技术学院的罗振革课题组成功建立了一种全新的类脑器官血管化技术。其建立的血管化类脑器官模型可用于研究脑发育过程中神经、血管及免疫细胞之间的相互作用,也提供了人脑发育与进化、神经系统疾病机理研究及药物筛选的体外模型,有广泛的应用前景。相关研究成果发表在eLife期刊上。
在哺乳动物的胚胎发育过程中,大脑起源自神经外胚层,而血管组织起源自中胚层,因此在体外同时诱导两个胚层的产生十分困难。
该研究独辟蹊径,先分别诱导两个胚层的类器官,之后在一定时间点将两者融合后共同培养,来实现
类脑器官的血管化。
首先,课题组建立了由人胚胎干细胞向中胚层诱导产生血管类器官模型的方法,并在培养后期加入神经营养因子,使其具有脑血管的特征;同时,将人胚胎干细胞向神经外胚层方向诱导产生类脑器官模型;最后,在其分别发育至血管前体细胞和神经前体细胞阶段时将两部分融合,培养在神经营养性的成熟培养基中。培育至第40天左右,血管结构已包裹并侵入整个类器官中,形成完整的血管组织,与神经组织紧密连接。
通过单细胞测序技术,研究团队发现血管类器官具有内皮细胞、周细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞以及小胶质细胞等几乎所有脑血管相关的细胞类型。通过将测序结果与小鼠及人脑血管数据进行对比,证明其能很好地模拟体内脑血管细胞的分子特征。将血管类器官与脑类器官融合后,血管结构与神经组织形成了紧密连接的血脑屏障结构。
有趣的是,融合后血管化类脑器官中引入了大量的小胶质细胞,这些细胞具有免疫应答功能及突触修剪功能。血管结构同时也调控神经发生过程,促进了
神经干细胞的增殖,使皮层结构增厚,并在培养后期保护神经元,减少细胞凋亡。血管化类脑器官中的神经元电活性及其成熟度都有显著性增强。
随着类器官技术的问世与应用,不仅可以有效替代动物实验,而且实验数据也更加真实。对此,
再生医学网表示,从这一角度来看,该项研究成果的问世,对于完善类器官技术具有十分重要的意义,相信在不久的将来,类器官技术将彻底替代动物实验。