血管化器官芯片在模拟生理和病理过程中的应用

随着仿生化技术的发展,越来越多的体外模型被应用于模拟人体生理和病理过程。这些体外模型可以解决一些科学问题,例如,实时地、可视化地研究药物作用等。器官芯片作为一种体外模型,为基础科学和应用科学提供了新型的手段和方法。而血管化器官芯片作为一种特殊的器官芯片,能更好地模拟人体血管的结构和功能。本文概括了不同血管化器官芯片的结构和功能,分析了血管化器官芯片在模拟生理和病理过程中的应用,讨论了血管化器官芯片作为一种新型体外模型的优势与待解决的问题。最后,对血管化器官芯片的应用前景提出了设想与展望。     

类器官的研究现状及应用前景

类器官(Organoid)是应用体外三维(3-Dimensional,3D)培养技术建立的结构和功能上类似于器官的小型组织,具有组织自我更新及可长期培养的特点,在一定程度上模拟体内器官生理活动和病理变化,可成为精准医疗、器官移植、药物筛选、药物作用机制研究的理想体外载体。就类器官的生物学特点、分类、应用前景及研究发展现状进行评述。     

离体血管器官培养方法及应用

器官培养是指从供体取得器官或器官组织块后,不进行组织分离,保持其原有器官的结构和连接,在体外移植和生长,在培养过程中,保持其形态及功能.与整体实验相比,器官培养具有条件恒定、因素单一、便于干预的优点.器官培养主要强调器官组织的相对完整性,重点观察在细胞正常联系及排列情况下,它们之间的相互影响及局部环境的生物调节作用.离体血管的器官培养为研究血管的发育、损伤、修复、再生、再狭窄提供了良好的模型[1].     

类器官技术在肺部疾病研究中的应用

类器官主要是指成体干细胞、人类多能干细胞或胚胎干细胞通过三维培养建立的一种能够高度模拟原组织或器官的结构和功能的体外模型,与人体组织具有高度同源性及遗传一致性,目前在人体各个系统的研究中均有广泛应用。本文就类器官技术在肺部疾病研究中的应用作一综述,以期为肺部疾病的研究发展提供参考方向。     

分化可控的人类鼻粘膜类器官模型的建立

目的 建立分化程度可控、能够重现来源组织结构和功能的人类鼻粘膜类器官模型。方法 采集手术切除的新鲜中鼻甲和鼻息肉组织,将消化过滤的鼻粘膜上皮细胞分为连续“扩增”培养组（EO组）及“扩增-分化”分段培养组（DO组）。分别在基于气液界面进行体外3D类器官培养,通过STR鉴定、电镜及免疫组化染色分别对两组鼻粘膜类器官的结构、细胞组成及纤毛功能进行鉴定。再通过PAS染色对DO组中分化后的鼻粘膜类器官分泌功能进行鉴定。结果 整个培养期间,均能生长出直径逐渐增大的空泡状或实心球状3D类器官。培养第16天,DO组多为空泡状类器官,EO组多为实心球状类器官,DO组空泡数比例大于EO组（[ 21.67±8.57）% vs（54.67±13.26）%,P<0.05]。将鼻粘膜类器官与来源组织同时进行STR检测,匹配度为100%。培养第21天,DO组鼻粘膜类器官扫描及透射电镜显示纤毛超微结构,而EO组多显示出短绒毛结构。免疫组化染色结果显示,呼吸区粘膜主要包含P63（基底细胞）、β-tubulin（纤毛柱状细胞）、MUC5AC（杯状细胞）。相比EO组,DO组类器官纤毛细胞数[(7.95± 1.81)% vs (27.04±5.91)%,P<0.05]及杯状细胞数[(14.46±0.93)% vs (39.85±5.43)%,P<0.05）占比更大,基底细胞占比差异无统计学意义（P>0.05）。DO组中分化后的鼻粘膜类器官糖原染色呈阳性表达。结论 本研究首次采用“扩增-分化”分段式培养法,培养出能够在体外长期稳定生长、高度拟似来源组织形态结构和功能（纤毛功能及分泌功能）,且分化程度可控的鼻粘膜类器官。     

微血管内皮细胞的分离、纯化和功能特性

近年来的研究表明,微血管内皮细胞在形态、表型和功能等方面都不同于大血管内皮细胞,因此,采用微血管内皮细胞,而不是脐静脉内皮细胞来研究发生于组织器官水平的病变已经成为一种共识。然而,由于细胞分离培养技术的限制,微血管内皮的研究在我国还是一个薄弱的研究领域。近年来随着微血管内皮细胞分离、纯化、培养技术的提高,各种不同组织器官的微血管内皮细胞相继培养成功。利用体外培养的微血管内皮细胞作为细胞模型来研究各种疾病的发病机制已经成为医学研究的重要手段。本文回顾了近年来的相关文献,就微血管内皮细胞的分离培养、鉴定及不同组织器官微血管内皮细胞的功能特性作一简要综述。     

微血管内皮细胞的分离、纯化和功能特性

近年来的研究表明，微血管内皮细胞在形态、表型和功能等方面都不同于大血管内皮细胞，因此，采用微血管内皮细胞，而不是脐静脉内皮细胞来研究发生于组织器官水平的病变已经成为一种共识。然而，由于细胞分离培养技术的限制，微血管内皮的研究在我国还是一个薄弱的研究领域。近年来随着微血管内皮细胞分离、纯化、培养技术的提高，各种不同组织器官的微血管内皮细胞相继培养成功。利用体外培养的微血管内皮细胞作为细胞模型来研究各种疾病的发病机制已经成为医学研究的重要手段。本文回顾了近年来的相关文献，就微血管内皮细胞的分离培养、鉴定及不同组织器官微血管内皮细胞的功能特性作一简要综述。     

人脑类器官在神经发育疾病研究中的应用

人脑类器官是由人多能干细胞(hPSC)包括人胚胎干细胞(hESC)和人诱导多功能干细胞(hiPSC)衍生而来的三维组织,能模拟人大脑的结构和功能,作为神经发育疾病的体外研究模型独具优势.本文将对神经疾病体外模型建立和发展的历程、脑类器官在神经发育疾病研究中的应用、相关前沿技术和脑类器官技术的结合等进行综述和展望.     

体外反搏的过去现在与将来

体外反搏技术于1976年首先在我院创立.上世纪90年代之前,体外反搏作用机制主要定位在提高动脉舒张压,促进侧枝循环建立,进而改善器官组织的缺血状态.近年来经过大量的基础研究和临床观察证实,体外反搏在增加器官组织血流灌注的同时,还通过促进动脉血流加速,提高血流切应力,从而具有保护血管内膜,促进损伤血管内皮细胞的结构与功能修复,从而抑制动脉粥样硬化的发生与进展.这些作用被认为与体外反搏促进了血管内皮相关基因的表达与调控有关.基于上述基础理论的最新研究成果,我们研制成功了更有效地提高血流切应力,更适宜于保护血管内膜功能的新一代体外反搏装置.     

血管内皮细胞体外培养方法的研究进展

血管内皮细胞(EC)为覆盖在血管内表面的单层扁平细胞,不仅是位于血液和血管壁之间的一个选择性通透屏障,而且作为一种内分泌器官分布于全身各组织,参与机体内多种代谢过程。因此,血管EC的剥脱、损伤和功能紊乱在许多疾病,尤其是在心血管疾病的发生、发展中起着重要作用。但其所处的独特位置不利于观察和研究,因此,体外培养EC显得特别重要。本文综述了5种EC培养模型：静态培养模型、流动培养模型、EC扩张体外模型、EC通透性模型和EC 平滑肌细胞共培养模型,这些模型从不同方面模拟体内诸多因素对EC形态、结构及功能的影响,从而为探讨EC的损伤机制及保护措施提供了理论依据。     

类器官在泌尿系肿瘤中的研究进展

类器官作为新兴的3D体外模型系统,具有保持原有组织基因型和生物学特性的优点,能够一定程度上模拟原位组织中细胞和基质之间的结构关系及模拟发育过程和器官功能。将肿瘤组织用该技术所培养形成的肿瘤类器官,可进一步揭示肿瘤发生、发展、维持过程中的不同信息分子及机制的变化,深入理解肿瘤的发生过程。在泌尿系肿瘤方面,相关实验证明3D类器官技术弥补了传统2D模型培养技术的缺陷,有助于建立泌尿系肿瘤发生的模型和肿瘤表型的分子特征,以发现各种泌尿器官和肿瘤谱系的肿瘤细胞起源的生物标志物。使用类器官为开发创新的疗法、识别诊断或预后的生物标志物、开发筛选系统及制定患者的特异性治疗方式等创造了巨大的可能性。本文主要讲述类器官在常见的泌尿系肿瘤的相关研究进展。     

CT灌注成像在肝影像学上的运用

灌注成像是一种功能性成像，它能反映组织的的血管化程度及血流灌注情况。而普通CT和MRI虽然对显示病变形态结构有很大的优势，但不能获得组织器官功能的血液动力学方面的信息。近年来以反映功能的灌注成像成为研究热点。     

小鼠小肠类器官体外培养体系的建立与应用

目的 建立一种研究肠上皮细胞的体外模型—小肠类器官培养体系，探索其相关病理检测技术方法，为肠道相关疾病的体外研究提供便利平台。方法 将小鼠肠上皮隐窝分离并培养成小肠类器官，体外模拟肠上皮的生长发育过程。通过制作石蜡切片，探索应用免疫组化技术以及基于基质胶中类器官三维水平免疫荧光技术对相应的增殖与分化信号进行检测。结果 探索并建立了小肠类器官体外培养体系，应用石蜡切片免疫组化技术与三维水平免疫荧光技术能够准确检测小肠上皮结构的生长发育状态。结论 小肠类器官体外培养体系的建立与免疫检测技术的应用，将逐渐使其成为人们研究肠道相关疾病最为有利的技术手段。     

肺类器官——研究人类肺部发育和疾病的新途径

肺系统由气道和肺泡腔两部分组成,其组织和细胞的复杂性保证了肺部的免疫防御和气体交换功能.虽然传统体外细胞实验和动物模型已被广泛用于阐明人体肺发育、生理学和发病机制,但这些模型不能准确地再现人体肺部环境和细胞之间的相互作用.研究发现肺类器官是目前最接近人类肺系统的模型,而以肺类器官为代表的体外肺模型也成为研究肺发育、功能...     

人肺鳞癌类器官三维培养体系的建立

目的：探索构建人肺鳞癌体外类器官培养的实验方法,并对成功建立的类器官模型进行组织层面评估。方法：收集早期肺鳞癌患者手术切除的新鲜原位肿瘤标本,在以基质胶凝固液滴为基础的培养基中进行体外类器官培养,倒置显微镜观察类器官生长情况;将培养的类器官用Histogel包埋并制成石蜡标本,切片进行HE染色及免疫组化染色。结果：成功建立了肺鳞癌类器官的体外培养方法,HE染色提示细胞核浆比高,核异型性符合肺鳞癌细胞特征;免疫组化显示细胞P63阳性,TTF-1阴性,与肺鳞癌分子病理特征相符。结论：本实验初步建立了人肺鳞癌患者的体外类器官培养平台,将为肺鳞癌的基础研究和靶向药物的筛选提供新模型。     

体外反搏的过去现在与将来

体外反搏技术于1976年首先在我院创立。上世纪90年代之前，体外反搏作用机制主要定位在提高动脉舒张压，促进侧枝循环建立，进而改善器官组织的缺血状态。近年来经过大量的基础研究和临床观察证实，体外反搏在增加器官组织血流灌注的同时，还通过促进动脉血流加速，提高血流切应力，从而具有保护血管内膜，促进损伤血管内皮细胞的结构与功能修复，从而抑制动脉粥样硬化的发生与进展。这些作用被认为与体外反搏促进了血管内皮相关基因的表达与调控有关。基于上述基础理论的最新研究成果，我们研制成功了更有效地提高血流切应力，更适宜于保护血管内膜功能的新一代体外反搏装置。     

类器官在人类病毒研究中的应用进展

病毒是危害人类健康的重要病原体，由于缺乏能再现病毒自然感染过程的体外研究模型，这为深入研究病毒致病机制、宿主-病毒之间相互作用等带来了巨大挑战，严重阻碍了病毒致病机制的研究、抗病毒药物的筛选和疫苗的开发。类器官技术能在体外构建模拟体内组织结构和生理功能的实验模型，被认为是目前最具潜力的病毒感染研究模型。文章就类器官在病毒体外培养、宿主-病毒相互作用、病毒致病机制及抗病毒药物筛选等研究中的应用进展作一综述。     

心脏类器官的生物构建策略及应用进展

类器官是一种在体外利用人诱导多能干细胞构建的三维生物组织工程,能够高度的模拟体内细胞的生物学特性和功能。在全球范围内,心血管疾病是导致死亡的主要原因,相关研究主要局限于传统的二维细胞和动物模型。人类心脏类器官是复杂的多细胞聚集物,包括心脏组织的转录、功能和形态特征,在疾病机制研究、药物实验、再生医学等领域的发挥重要作用。本文主要介绍心脏类器官模型的生成方法,类器官在心血管疾病中应用进展,及心脏类器官的前景和面对的挑战。     

组织工程中天然支架材料的研究现状

组织工程学是近年来发展起来的一门新学科，是材料学、工程学和生命科学共同发展并相互融合的产物，其最基本的思路是在体外分离、培养细胞，将一定量的细胞接种到具有一定空间结构的支架上，通过细胞之间的相互黏附、生长繁殖、分泌细胞外基质，从而形成具有一定结构和功能的组织或器官，因而，充足的种子细胞、合适的支架及促进种子细胞在支架上增殖分化的因子便成为组织工程的三大要素。其中支架在生产人造组织的过程中起着举足轻重的作用。不同的组织需要不同的支架。一种理想的组织工程支架应当模拟天然的细胞外基质。它必须能维持并引导细胞生长，同时提供细胞生长、分化和细胞间相互作用所需的所有细胞因子，而一旦新生组织形成后，它必须降解以利于新生组织融人周围的宿主组织中。在体外培养时，它必须能让种子细胞能够从培养基中获得营养，在移植后可以有效地血管化并由向内生长的血管供应营养。而且，支架的结构即其机械属性必须符合欲建的组织器官结构。具体说来，这些标准包括：①支架必须具备生物相容性，不能引起宿主的排异反应；②支架必须能够抵抗应力，能够被消毒；③合适的支架必须能以合理的速度降解，并且降解的产物必须无毒，能及时排出体外；④支架须具有合适大小的孔隙以利于大量的种子细胞在其中增殖分化。同时还须让血管能够长人支架。当然，若支架本身能够缓释生长因子之类的生物大分子则更好。要满足如此多的条件绝非易事，故研究者们纷纷探索研究，试图找到理想的材料。一般来说，制造支架的材料可分为三大类，人工合成的、天然的及经过修饰的天然高分子。本文就后两种材料的研究现状进行初步探讨。     

中医药对体外诱导人脐静脉内皮细胞损伤的保护作用研究进展

血管内皮细胞（vascular endothelialcell,VEC）不仅是血流和血管壁之间的机械屏障,而且是高度活化的、功能异常活跃的内分泌、旁分泌及代谢器官。在对血管内皮细胞的研究中发现,体外血管内皮细胞的成功培养是研究内皮细胞功能及其在各种疾病的发生发展中所起作用的基础。原代培养的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）在疾病与血管功能研究中,得到越来越多地应用。与此同时,