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我所利用人多能干細胞構建血管化胎盤類器官

  近日,我所微流控芯片研究組(1807組)秦建華研究員團隊利用人誘導多能干細胞(hiPSC)建立了一種三維培養體系,可在體外形成具有血管樣結構的胎盤類器官,模擬人早期胎盤的發育特征。

  胎盤是妊娠期維持母體和胎兒健康的一個重要器官,具有營養物質轉運、代謝和分泌等生理功能。人類胎盤主要由多種類型的滋養層細胞和血管內皮細胞等組成。目前,能夠用于研究人類胎盤發育和功能的體外模型仍然缺乏,因此,開發建立具有高度生理相關性的胎盤模型對于母胎醫學和胎盤相關疾病研究至關重要。

  前期,秦建華團隊利用生物學和工程學協同策略,將細胞自組織與器官芯片技術相結合,在體外建立了hiPSC衍生的滋養層樣組織3D模型,可模擬人早期胎盤的發育特征,并研究探討了流體力學因素對胎盤組織分化和分泌功能的影響 (Advanced Science,2022;Frontiers in Bioengineering and Biotechnology,2022)。盡管目前胎盤類器官可在一定程度上反映人類胎盤的組織結構和功能特征,但由于胎盤在體內是一個高度血管化的器官,如何在體外建立具有血管結構特征的胎盤類器官,更真實模擬體內的復雜微環境,仍然是該領域面臨的挑戰和難點。

  本工作中,該團隊優化建立了一種包含特定生長因子和細胞外基質的3D培養體系,通過誘導hiPSC向滋養層細胞和血管內皮細胞進行多向分化,形成具有血管樣結構的胎盤類器官。經過免疫熒光、流式細胞分析、實時定量PCR等鑒定,所產生的胎盤類器官具有類似妊娠早期人類胎盤的一些關鍵特征,其中包含主要的滋養層細胞類型,如細胞滋養層、合體滋養層細胞和侵潤型絨毛外滋養層以及內源性血管內皮細胞等。此外,該類器官還具有微絨毛結構,并可分泌胎盤特異性激素(hCG-β)和血管內皮生長因子A(VEGFA)等。團隊通過單細胞轉錄組分析證實,所形成的滋養層類器官與人早孕胎盤組織的表型特征具有高度相似性。進一步研究發現,胎盤類器官對炎性因子(TNF-α)和VEGF受體抑制劑的刺激產生響應,可模擬體內胎盤組織的生理、病理特征。新構建的胎盤類器官模型包含多種滋養層細胞亞型、血管樣結構和組織關鍵功能特征,為研究人類早期胎盤發育、先兆子癇和病原體感染等提供了新思路。

  相關工作以“Engineering placenta-like organoids containing endogenous vascular cells from human-induced pluripotent stem cells”為題,發表在Bioengineering & Translational Medicine上。上述工作得到中科院B類先導專項“面向病原體—宿主相互作用研究的器官芯片新技術、新方法”、國家自然科學基金等項目的支持。(文/圖 王亞清)

  文章鏈接:https://doi.org/10.1002/btm2.10390

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