类器官周报 | 基于可视化血管类器官的新型血管生成定量检测方法

摘要：2025年1月3日，北京大学基础医学院王凯团队，在《Angiogenesis》期刊上发表了一项研究。该研究在人多能干细胞上建立了PECAM1-mRuby3-secNluc; ACTA2-EGFP双报告系统，并将其分化为血管类器官，构建出一种可视化且可定量的体外

研究进展|基于可视化血管类器官的新型血管生成定量检测方法

研究进展|星形胶质细胞来源的大脑类器官揭示难治性癫痫患者全新发病特征

研究进展|通过非亲壁细胞移植在芯片上高通量形成预血管化 hiPSC 衍生肝胆类器官

研究进展|高数量人脑类器官在模拟小头畸形、胶质瘤侵袭和药物筛选中的可靠性

研究进展|未成熟脉络丛在自闭症谱系障碍模型小鼠和人类iPSC衍生类器官病理中的作用

基于可视化血管类器官的新型血管生成定量检测方法

2025年1月3日，北京大学基础医学院王凯团队，在《Angiogenesis》期刊上发表了一项研究。该研究在人多能干细胞上建立了PECAM1-mRuby3-secNluc; ACTA2-EGFP双报告系统，并将其分化为血管类器官，构建出一种可视化且可定量的体外血管类器官模型。基于此模型，研究验证了一系列血管新生抑制剂，并发现ALK5抑制剂Repsox具有潜在的促血管新生效果，证实了该模型在高通量药物筛选中的应用潜力。

研究者首先利用正交筛选基因编辑策略，靶向内皮细胞标志基因PECAM1和平滑肌细胞标志基因ACTA2进行定点基因编辑，建立了能够精准标记血管类器官中两种细胞组分的报告细胞系。通过将血管类器官包裹在水凝胶中诱导体外血管新生，观察到广泛形成的血管网络及内皮细胞与平滑肌细胞的共定位，证实了该模型高度还原了体内血管新生过程。

研究进一步验证了VEGFR抑制剂SU5416对血管新生的影响，并通过荧光定量及血管网络长度测定，定量描述了VEGF通路抑制对血管新生的阻碍作用。通过将分泌型纳米荧光素酶与PECAM1表达偶联，实现了对内皮细胞生长情况的快速定量。该模型将形态学观察转化为上清液的生物发光定量，适配于高通量药物筛选。研究者还测试了靶向VEGF、FGF、TGF-β和HGF等通路的小分子激动剂和抑制剂，发现Repsox具有潜在的促血管新生效果，并通过可视化观察进行了验证。

综上所述，该研究基于基因编辑建立了一种全新的可定量血管新生模型，用于药物筛选，并利用该模型鉴定出Repsox作为潜在的促血管新生药物，为体外靶向血管新生药物筛选提供了新工具。

星形胶质细胞来源的大脑类器官揭示难治性癫痫患者全新发病特征

2024年12月31日，复旦大学脑科学转化研究院邵志成课题组在《Advanced Science》上发表了一项研究，首次利用患者手术样本提取的星形胶质细胞，通过重编程制备了患者来源的背侧和腹侧前脑类器官（DFO和VFO），用于研究局灶性皮层发育不良（FCD）相关的癫痫模型。

研究发现，在FCD患者的DFO和VFO癫痫模型中，出现了心肌细胞的异位发育现象。这些心肌细胞由BMP和WNT信号调控的中胚层发育而来。在FCD患者的脑组织中，异形细胞表现出高水平的BMP4表达，包括异形神经元、气球样细胞、巨形细胞和反应性星形胶质细胞。研究团队观察到，在背侧前脑类器官和患者皮质组织中，BMP和WNT信号的激活水平较高，导致未分化的多能性细胞可能分化为心肌细胞。

该研究揭示了心肌细胞可能在FCD患者大脑发育的早期阶段在大脑皮质中异位发育，这些异位的心肌样细胞通过与神经元相互作用，可能介导FCD相关癫痫的发生。此外，这些来源于患者星形胶质细胞的特异性脑类器官表现出癫痫样放电的病理特征，研究者通过钙成像记录发现背侧和腹侧前脑类器官中神经元的高度同步化的簇状钙活动，并具有传播扩散的特征。

通过构建心脏类器官-神经类器官组装体，研究团队还发现这种组装体可以引起神经网络的活性增加。总体而言，这项研究通过从患者星形胶质细胞构建的个体化、区域特异前脑类器官，有效地重现了FCD的异质性病理特征，为开发药物和精确的治疗策略提供了一个全新的研究平台。

通过非亲壁细胞移植在芯片上高通量形成预血管化 hiPSC 衍生肝胆类器官

2025年1月4日，武汉大学陈璞教授团队在《Advanced Science》上发表研究，聚焦于肝脏类器官的预血管化，为再生医学带来新活力。团队利用微制造六边形紧密堆积腔阵列（mHCPCA）芯片，成功构建高效类器官培养体系，使hiPSCs分化为hHBOs，全程无需基质胶。

内皮细胞移植是研究核心。在hHBOs分化的第18天，引入GFP+HUVECs，发现此时内皮细胞整合效率最高，且不影响肝实质细胞分化，肝细胞特异性标志物表达稳定。间充质细胞（MRC-5）与hHBOs和内皮细胞共培养，显著降低vhHBOs异质性，提高内皮细胞存活率，促进内皮细胞侵入和发芽，构建复杂稳定血管网络。功能鉴定显示，vhHBOs具备成熟肝脏细胞代谢能力，白蛋白分泌和尿素合成稳定，ICG摄取和释放正常。RNA测序显示，间充质细胞参与的vhHBOs中，血管生成和细胞迁移相关基因表达增强。体内移植实验中，vhHBOs移植到小鼠肾包膜下，4周后成功发育出类似肝脏组织的结构，与宿主血管网络有效连接，表明其在体内能进一步成熟并修复肝组织及胆管。

该研究在肝脏类器官领域具里程碑意义，为终末期肝病、急性肝衰竭及肝移植后胆管修复提供新思路，有望推动肝脏疾病治疗技术突破，为患者带来新希望。

高数量人脑类器官在模拟小头畸形、胶质瘤侵袭和药物筛选中的可靠性

近日，弗里德里希-席勒耶拿大学的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项研究，介绍了一种新的培养方法，能够大规模生产高质量的人类大脑类器官，称为Hi-Q大脑类器官。这种方法简化了从人类诱导多能干细胞（hiPSC）到神经上皮组织的直接分化过程，跳过了胚胎样团阶段，不使用细胞外基质。

通过定制设计的无涂层预图案微孔，研究人员能够精确控制早期神经球体的大小，并将其迅速转移到旋转瓶生物反应器中，实现大规模生产。这种技术不仅提高了效率，还确保了每个类器官在细胞多样性、结构、成熟时间和功能表现上的一致性，且几乎没有异位激活的细胞压力途径。

Hi-Q大脑类器官在疾病建模和药物筛选中展现出巨大潜力。科学家们将患者衍生的胶质瘤干细胞（GSCs）融入其中，模拟胶质瘤侵袭过程，并通过中等通量药物筛选，结合机器学习和自动成像技术，成功识别出两种潜在的GSC侵袭抑制剂：司美替尼和氟维司群。此外，Hi-Q类器官还能准确再现遗传性脑部疾病特征，如小头畸形和科克恩综合征的神经学表型。

综上所述，Hi-Q技术为大脑类器官研究提供了新的解决方案，通过批量生产大脑类器官，为疾病建模和高通量化合物筛选铺平了道路，有望帮助科学家们更好地理解复杂神经遗传性疾病，并为个性化医学研究提供强大工具。

未成熟脉络丛在自闭症谱系障碍模型小鼠和人类iPSC衍生类器官病理中的作用

近期，东京药科大学的研究团队在《Cell Reports》上发表了一项研究，探讨脉络丛（ChP）在自闭症谱系障碍（ASD）中的作用。研究首先对CAMDI基因缺陷小鼠进行深入分析，发现其大脑皮层神经元迁移异常，并表现出ASD样症状。通过DNA微阵列技术，研究人员发现ChP标记基因如TTR和FolR1等显著下调。

进一步研究中，研究人员构建了ChP上皮细胞特异性CAMDI敲除（ChP-KO）小鼠模型。结果显示，ChP-KO小鼠在行为学测试中表现出焦虑增加、冲动性增强、强迫行为增多、抑郁样行为和感觉迟钝，社交行为显著减少，表明CAMDI对ChP成熟及正常行为至关重要。

RNA测序显示，ChP-KO小鼠中多纤毛形成和运动相关基因表达下降，炎症相关基因表达上调，且血-脑脊液屏障（BCSFB）功能受损。给予口服降糖药二甲双胍治疗后，ChP-KO小鼠的基因表达恢复，炎症减轻，BCSFB功能改善，社交关键期恢复正常，行为学测试表现显著提升。

此外，研究还发现多纤毛缺陷小鼠和常见ASD模型小鼠均表现出ChP不成熟特征，二甲双胍治疗有一定改善效果。在利用健康人和ASD患者诱导多能干细胞（hiPSCs）生成的ChP类器官实验中，ASD患者来源类器官在分化阶段出现多纤毛发生和蛋白表达降低等情况，进一步证明ChP不成熟在ASD发病机制中的关键作用。

综上所述，该研究揭示了ChP不成熟在ASD中的重要作用，多纤毛发生缺陷等因素可能引发ChP不成熟，进而导致ASD样行为。二甲双胍对ChP成熟和行为改善的作用提示其可能成为ASD治疗的新靶点，为后续研究和治疗策略探索提供了重要方向。