血管化類器官在藥物篩選中的應(yīng)用演講人CONTENTS引言：從傳統(tǒng)模型到類器官的革命性突破血管化類器官的構(gòu)建原理與技術(shù)路徑血管化類器官在藥物篩選中的應(yīng)用場景血管化類器官藥物篩選的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)未來展望：從“藥物篩選”到“精準(zhǔn)醫(yī)療”的橋梁目錄血管化類器官在藥物篩選中的應(yīng)用01引言：從傳統(tǒng)模型到類器官的革命性突破引言：從傳統(tǒng)模型到類器官的革命性突破作為一名長期從事藥物研發(fā)與疾病模型研究的科研工作者，我深知藥物篩選在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中的核心地位——它是連接基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用的橋梁，其準(zhǔn)確性直接決定了候選藥物的成功率。然而，在過去數(shù)十年中，傳統(tǒng)藥物篩選模型（如2D細(xì)胞系、動物模型）的局限性始終是制約新藥研發(fā)效率的瓶頸。2D細(xì)胞系雖操作簡便，但無法模擬體內(nèi)復(fù)雜的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）和細(xì)胞間相互作用；動物模型雖能反映整體生理環(huán)境，卻存在物種差異大、成本高、倫理爭議等問題，導(dǎo)致約90%進(jìn)入臨床前研究的藥物最終在人體試驗中失敗。近年來，類器官（Organoid）技術(shù)的出現(xiàn)為這一困境帶來了轉(zhuǎn)機(jī)。作為干細(xì)胞或多能細(xì)胞在體外自組織形成的3D微型器官，類器官不僅能高度模擬對應(yīng)器官的細(xì)胞組成、結(jié)構(gòu)和功能，還保留了遺傳穩(wěn)定性，被視為“體外活器官”。但我在研究中逐漸發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)類器官仍存在一個關(guān)鍵缺陷：缺乏功能性血管網(wǎng)絡(luò)。引言：從傳統(tǒng)模型到類器官的革命性突破血管不僅是器官的“運輸系統(tǒng)”，為細(xì)胞提供氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)并清除代謝廢物，更是細(xì)胞間信號交流、免疫細(xì)胞浸潤和組織再生的重要微環(huán)境。沒有血管化的類器官在培養(yǎng)中常出現(xiàn)中心壞死、體積受限，且無法模擬藥物在體內(nèi)的遞送過程（如血管滲透、細(xì)胞攝?。?，導(dǎo)致其對藥物療效和毒性的預(yù)測能力大打折扣。正是基于這一痛點，“血管化類器官”應(yīng)運而生——通過在類器官中引入內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞等血管相關(guān)細(xì)胞，或在培養(yǎng)系統(tǒng)中模擬血管生成信號，構(gòu)建出具有功能性血管結(jié)構(gòu)的類器官模型。在我看來，這不僅是類器官技術(shù)的迭代升級，更是藥物篩選領(lǐng)域的一次范式革新。本文將結(jié)合我個人在構(gòu)建血管化類器官及開展藥物篩選實踐中的經(jīng)驗，系統(tǒng)闡述其構(gòu)建原理、技術(shù)應(yīng)用、優(yōu)勢挑戰(zhàn)及未來前景，以期為行業(yè)同仁提供參考。02血管化類器官的構(gòu)建原理與技術(shù)路徑血管化類器官的構(gòu)建原理與技術(shù)路徑要理解血管化類器官在藥物篩選中的價值，首先需明確其構(gòu)建邏輯。簡單來說，血管化類器官的本質(zhì)是“器官特異性細(xì)胞+血管內(nèi)皮細(xì)胞+微環(huán)境模擬”的協(xié)同自組織。其核心目標(biāo)是在類器官中形成類似體內(nèi)毛細(xì)血管樣的管狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)類器官內(nèi)外物質(zhì)交換，并模擬血管相關(guān)的生理病理過程。經(jīng)過多年探索，目前行業(yè)內(nèi)已形成幾套成熟的構(gòu)建技術(shù)，每種技術(shù)各有優(yōu)劣，需根據(jù)具體器官類型和研究目的選擇。1血管化的生物學(xué)基礎(chǔ)：從血管生成到血管網(wǎng)絡(luò)形成在討論技術(shù)之前，有必要回顧血管形成的基本機(jī)制。體內(nèi)血管生成主要包括兩種方式：血管發(fā)生（vasculogenesis），由內(nèi)皮前體細(xì)胞分化并組裝成原始血管網(wǎng)絡(luò)；血管生成（angiogenesis），由現(xiàn)有血管出芽形成新血管。在體外構(gòu)建血管化類器官時，需模擬這兩種過程的關(guān)鍵信號通路，如VEGF（血管內(nèi)皮生長因子）、Notch、Wnt等。以VEGF為例，它不僅是內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移的核心調(diào)控因子，還能促進(jìn)細(xì)胞間連接形成管狀結(jié)構(gòu)；而Notch信號則通過“-tip/stalk細(xì)胞”分化機(jī)制，確保血管分支的有序性。這些信號通路的精準(zhǔn)調(diào)控，是構(gòu)建穩(wěn)定血管網(wǎng)絡(luò)的前提。我在構(gòu)建小鼠腸道類器官時曾遇到這樣的問題：初期僅添加VEGF，雖能形成內(nèi)皮細(xì)胞聚集，但無法形成管狀結(jié)構(gòu)；后來通過文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，腸道血管生成需同時激活Wnt信號（促進(jìn)腸上皮細(xì)胞增殖）和Notch信號（引導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞分化），最終通過Wnt激動劑CHIR99021與DAPT（Notch抑制劑）的組合處理，成功觀察到類器官中與腸上皮細(xì)胞緊密相連的毛細(xì)血管網(wǎng)，這一經(jīng)歷讓我深刻體會到信號通路協(xié)同調(diào)控的重要性。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略目前，血管化類器官的構(gòu)建可分為四大策略，每種策略的技術(shù)細(xì)節(jié)和應(yīng)用場景存在顯著差異。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.1內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)法：最直接的血管化途徑這是目前應(yīng)用最廣泛的方法，其核心是在類器官培養(yǎng)體系中額外加入內(nèi)皮細(xì)胞（如人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞HUVEC、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的內(nèi)皮細(xì)胞iPSC-ECs），通過細(xì)胞間的直接接觸或旁分泌作用誘導(dǎo)血管形成。根據(jù)共培養(yǎng)時機(jī)的不同，可分為“預(yù)共培養(yǎng)”和“后共培養(yǎng)”兩類。預(yù)共培養(yǎng)指在類器官形成初期將內(nèi)皮細(xì)胞與器官特異性細(xì)胞（如肝細(xì)胞、干細(xì)胞）混合，共同誘導(dǎo)自組織。例如，在構(gòu)建肝臟類器官時，我們將iPSC來源的肝母細(xì)胞與iPSC-ECs以9:1的比例混合，在Matrigel中培養(yǎng)，第7天即可觀察到內(nèi)皮細(xì)胞形成管狀結(jié)構(gòu)，并嵌入肝類器官實質(zhì)中。這種方法的優(yōu)點是血管網(wǎng)絡(luò)與器官組織同步發(fā)育，空間位置關(guān)系更接近體內(nèi)；缺點是內(nèi)皮細(xì)胞可能干擾器官細(xì)胞的自組織過程，導(dǎo)致類器官結(jié)構(gòu)異常。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.1內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)法：最直接的血管化途徑后共培養(yǎng)則先構(gòu)建非血管化類器官，待其成熟后再添加內(nèi)皮細(xì)胞，通過“血管侵入”形成網(wǎng)絡(luò)。這種方法在腫瘤類器官中應(yīng)用較多——先構(gòu)建腫瘤細(xì)胞類器官，再接種HUVEC，觀察內(nèi)皮細(xì)胞向腫瘤內(nèi)部浸潤并形成異常血管（類似腫瘤血管的“紊亂”特征）。我在去年研究胰腺癌類器官時發(fā)現(xiàn)，后共培養(yǎng)構(gòu)建的血管化腫瘤類器官對貝伐單抗（抗VEGF抗體）的敏感性顯著高于預(yù)共培養(yǎng)模型，這可能是因為腫瘤細(xì)胞已先形成致密結(jié)構(gòu)，內(nèi)皮細(xì)胞的侵入更真實模擬了藥物遞送到腫瘤微環(huán)境的過程。內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)法的優(yōu)勢在于技術(shù)門檻相對較低，可利用現(xiàn)有內(nèi)皮細(xì)胞系；但缺點是內(nèi)皮細(xì)胞來源有限（原代細(xì)胞易衰老，iPSC-ECs分化成本高），且形成的血管網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不足，長期培養(yǎng)可能出現(xiàn)退化。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.2生長因子誘導(dǎo)法：模擬體內(nèi)血管生成信號該方法不額外添加外源內(nèi)皮細(xì)胞，而是通過在培養(yǎng)基中添加血管生成相關(guān)的生長因子（如VEGF、bFGF、EGF等），誘導(dǎo)類器官內(nèi)源干細(xì)胞或祖細(xì)胞向內(nèi)皮細(xì)胞分化，進(jìn)而形成血管網(wǎng)絡(luò)。這種策略更接近體內(nèi)“血管發(fā)生”過程，適用于本身含有血管祖細(xì)胞的類器官（如腦、腎類器官）。以大腦類器官為例，神經(jīng)干細(xì)胞具有向內(nèi)皮細(xì)胞分化的潛能，我們在培養(yǎng)基中添加VEGF（50ng/mL）和bFGF（20ng/mL）后，第14天即可檢測到CD31+（內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物）陽性的細(xì)胞，并形成管狀結(jié)構(gòu)；進(jìn)一步通過免疫熒光發(fā)現(xiàn)，這些血管樣結(jié)構(gòu)與神經(jīng)元突觸緊密接觸，模擬了血腦屏障的雛形。這一方法的優(yōu)點是構(gòu)建的血管網(wǎng)絡(luò)更“原生態(tài)”，與器官組織整合度高；缺點是對生長因子濃度和組合要求苛刻，過高濃度可能導(dǎo)致非特異性細(xì)胞增殖，過低則無法有效誘導(dǎo)血管生成。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.2生長因子誘導(dǎo)法：模擬體內(nèi)血管生成信號值得注意的是，生長因子誘導(dǎo)法的效果依賴于類器官的成熟度。我們在構(gòu)建腎類器官時發(fā)現(xiàn)，只有分化至后腎階段的類器官才能響應(yīng)VEGF誘導(dǎo)形成血管，而早期腎前體細(xì)胞則無法完成這一過程，這提示我們需要根據(jù)器官發(fā)育階段動態(tài)調(diào)整生長因子組合。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.3生物材料輔助法：構(gòu)建仿生血管微環(huán)境生物材料是類器官培養(yǎng)的“骨架”，通過設(shè)計具有特定理化性質(zhì)的材料，可引導(dǎo)血管化過程。該方法的核心是將生物材料（如水凝膠、靜電紡絲纖維、3D打印支架）與類器官細(xì)胞共培養(yǎng)，通過材料的孔隙結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和表面化學(xué)性質(zhì)，模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）中的血管生成線索。例如，我們常用的甲基丙烯?；髂z（GelMA）水凝膠，其tunable的交聯(lián)密度可調(diào)節(jié)孔隙大?。?0-200μm），內(nèi)皮細(xì)胞在孔隙中可沿基質(zhì)纖維遷移并形成管狀結(jié)構(gòu)；此外，我們還在GelMA中整合了VEGF偶聯(lián)肽，通過“緩釋VEGF”持續(xù)激活內(nèi)皮細(xì)胞，避免了傳統(tǒng)添加方法中VEGF半衰期短的問題。在心肌類器官中，我們使用取向性PLGA靜電紡絲支架模擬心肌纖維走向，內(nèi)皮細(xì)胞沿支架方向排列形成線性血管網(wǎng)絡(luò)，與心肌細(xì)胞同步收縮，更真實地模擬了心臟的“血管-心肌單元”。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.3生物材料輔助法：構(gòu)建仿生血管微環(huán)境生物材料輔助法的優(yōu)勢是可實現(xiàn)血管網(wǎng)絡(luò)的精確定控（如位置、方向、密度），適用于構(gòu)建復(fù)雜器官的血管化模型；缺點是材料選擇需考慮生物相容性和可降解性，部分合成材料可能引起細(xì)胞免疫反應(yīng)，且材料加工工藝復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化難度大。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.43D生物打印法：最高精度的血管化構(gòu)建作為3D打印技術(shù)在類器官領(lǐng)域的延伸，3D生物打印法可實現(xiàn)“細(xì)胞-材料”的精準(zhǔn)沉積，構(gòu)建具有復(fù)雜幾何形狀和多細(xì)胞類型分布的血管化類器官。其基本原理是：將器官細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、生物材料（生物墨水）按預(yù)設(shè)程序逐層打印，通過打印參數(shù)（如噴頭直徑、擠出速度）控制細(xì)胞分布和結(jié)構(gòu)形態(tài)，再通過后培養(yǎng)促進(jìn)細(xì)胞自組織和血管網(wǎng)絡(luò)形成。去年，我們團(tuán)隊嘗試使用雙噴頭3D生物打印機(jī)構(gòu)建肝臟血管化類器官：一個噴頭裝載iPSC來源的肝細(xì)胞和星狀細(xì)胞（比例為8:1），另一噴頭裝載iPSC-ECs和海藻酸鈉水生物墨水（比例為1:1），打印后通過氯化鈣交聯(lián)固化。培養(yǎng)21天后，通過激光共聚焦顯微鏡觀察到，打印形成的“肝細(xì)胞團(tuán)”內(nèi)部有ECs形成的樹狀血管網(wǎng)絡(luò)，且血管直徑在5-20μm之間，接近肝臟毛細(xì)血管的生理尺寸。更令人驚喜的是，我們通過微透析技術(shù)檢測到血管網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有葡萄糖、白蛋白等肝臟代謝產(chǎn)物，證明其實現(xiàn)了功能性物質(zhì)交換。2血管化類器官的主要構(gòu)建策略2.43D生物打印法：最高精度的血管化構(gòu)建3D生物打印法的優(yōu)勢是精度最高，可構(gòu)建仿生器官復(fù)雜的血管分支結(jié)構(gòu)（如腎單位的血管球、肺泡的毛細(xì)血管網(wǎng)）；缺點是目前打印速度較慢（構(gòu)建一個1cm3的類器官需數(shù)小時），且生物墨水的細(xì)胞負(fù)載量有限（通常＜1×10?cells/mL），難以構(gòu)建大尺寸類器官。此外，打印過程中的剪切力可能損傷細(xì)胞，影響類器官存活率。3血管化類器官的成熟度與功能驗證構(gòu)建完成只是第一步，驗證血管化類器官的成熟度和功能才是確保其可用于藥物篩選的關(guān)鍵。我們通常從三個維度進(jìn)行評估：結(jié)構(gòu)特征：通過免疫熒光染色檢測血管標(biāo)志物（CD31、VE-cadherin、α-SMA）和管狀結(jié)構(gòu)形成情況，計算血管密度（血管面積/類器官總面積）和分支點數(shù)量；掃描電鏡（SEM）可觀察血管腔樣結(jié)構(gòu)和細(xì)胞連接。功能成熟度：檢測血管的通透性（如FITC-右旋糖酐滲漏實驗）、灌注能力（將類器官接入微流控系統(tǒng)，觀察灌注液通過血管網(wǎng)絡(luò)的流動情況）以及屏障功能（如血腦屏障類器官檢測跨電阻TER值）。生理相關(guān)性：通過RNA測序分析血管相關(guān)基因（如PECAM1、vWF、ANGPT2）的表達(dá)水平，與體內(nèi)組織對比；或通過功能實驗驗證血管對器官功能的影響，如血管化肝類器官的白蛋白分泌能力、血管化腎類器官的尿素清除率是否顯著高于非血管化模型。3血管化類器官的成熟度與功能驗證我記得在構(gòu)建第一個功能性血管化心臟類器官時，我們連續(xù)一周每天檢測其搏動頻率和灌注效率，當(dāng)觀察到搏動頻率與小鼠心率（400-600次/分鐘）同步，且灌注液在血管網(wǎng)絡(luò)中流動無滯留時，整個團(tuán)隊都興奮不已——這不僅是技術(shù)的突破，更是對我們“構(gòu)建接近活體器官模型”追求的肯定。03血管化類器官在藥物篩選中的應(yīng)用場景血管化類器官在藥物篩選中的應(yīng)用場景血管化類器官的核心價值在于解決傳統(tǒng)藥物篩選模型的“預(yù)測性不足”問題。經(jīng)過多年實踐，其已在腫瘤、心血管、代謝性疾病等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，尤其在模擬藥物遞送、評估療效和毒性方面，提供了更接近臨床的數(shù)據(jù)。1腫瘤藥物篩選：模擬“血管正?；迸c藥物遞送屏障腫瘤血管是藥物遞送的“第一道關(guān)卡”，其異常結(jié)構(gòu)（扭曲、擴(kuò)張、滲漏）和功能（灌注不足、缺氧）是導(dǎo)致化療耐藥的主要原因。傳統(tǒng)2D腫瘤細(xì)胞系無法模擬這一微環(huán)境，而動物模型的腫瘤血管與人差異顯著（如小鼠腫瘤血管較直、基底膜較?。?，導(dǎo)致藥物篩選結(jié)果難以轉(zhuǎn)化。血管化腫瘤類器官則能真實模擬腫瘤血管的異質(zhì)性和異常特征，成為腫瘤藥物篩選的理想模型。1腫瘤藥物篩選：模擬“血管正常化”與藥物遞送屏障1.1抗血管生成藥物篩選：評估“血管正常化”窗口抗血管生成藥物（如貝伐單抗、索拉非尼）通過抑制VEGF等信號通路“normalize”異常腫瘤血管，改善灌注，提高化療藥物遞送效率。然而，在臨床前研究中，如何確定“血管正?；钡淖罴呀o藥時機(jī)（過早給藥可能導(dǎo)致血管過度退化，過晚則失去機(jī)會）一直是難點。血管化腫瘤類器官為此提供了解決方案。我們在構(gòu)建結(jié)直腸癌血管化類器官時，動態(tài)監(jiān)測了貝伐單抗處理后血管結(jié)構(gòu)的變化：給藥后24小時，扭曲的血管變直、管徑趨于均勻（“正常化”）；72小時后，血管開始退化、管腔閉塞。同時，我們檢測到化療藥物5-FU在“正常化”窗口（24-48小時）進(jìn)入腫瘤細(xì)胞的濃度提高了3倍，細(xì)胞凋亡率增加50%。這一結(jié)果與臨床患者活檢數(shù)據(jù)高度一致，提示我們可以通過類器官模型精準(zhǔn)篩選抗血管生成藥物的最佳聯(lián)合給藥方案。1腫瘤藥物篩選：模擬“血管正?；迸c藥物遞送屏障1.2化療藥物耐藥性研究：模擬“血管屏障”介導(dǎo)的耐藥腫瘤血管的高通透性和基底膜不完整雖有利于藥物滲出，但也導(dǎo)致腫瘤內(nèi)壓力升高，藥物滯留時間縮短。此外，血管內(nèi)皮細(xì)胞能分泌外泌體包裹藥物，將其“泵出”腫瘤細(xì)胞，介導(dǎo)耐藥。我們在研究胰腺癌類器官時發(fā)現(xiàn)，非血管化模型對吉西他濱的IC??為10μM，而血管化模型升至50μM；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的外泌體中含有大量吉西他濱代謝酶（如dCK抑制劑），降低了腫瘤細(xì)胞內(nèi)藥物濃度?；谶@一發(fā)現(xiàn)，我們聯(lián)合使用吉西他濱和外泌體抑制劑，血管化模型的IC??降至15μM，逆轉(zhuǎn)了耐藥。這一案例充分證明，血管化類器官能揭示傳統(tǒng)模型忽略的“血管-腫瘤細(xì)胞”互作介導(dǎo)的耐藥機(jī)制，為聯(lián)合用藥提供新靶點。1腫瘤藥物篩選：模擬“血管正常化”與藥物遞送屏障1.3免疫檢查點抑制劑篩選：模擬“血管-免疫”微環(huán)境免疫檢查點抑制劑（如PD-1抗體）的療效依賴于T細(xì)胞浸潤腫瘤組織，而腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的黏附分子（如ICAM-1、VCAM-1）是T細(xì)胞跨血管遷移的關(guān)鍵。傳統(tǒng)類器官缺乏免疫細(xì)胞和血管，無法模擬這一過程。為解決這一問題，我們在血管化腫瘤類器官中添加了外周血單核細(xì)胞（PBMCs），構(gòu)建“腫瘤-血管-免疫”共培養(yǎng)模型。結(jié)果顯示，非血管化類器官中T細(xì)胞浸潤率＜5%，而血管化類器官中T細(xì)胞浸潤率達(dá)20%，且PD-1抗體處理后，腫瘤細(xì)胞凋亡率增加40%。更值得注意的是，我們發(fā)現(xiàn)腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的PD-L1表達(dá)水平與T細(xì)胞浸潤呈負(fù)相關(guān)，提示靶向血管PD-L1可能增強(qiáng)免疫治療效果。這一模型為個體化免疫治療篩選（如預(yù)測患者對PD-1抗體的響應(yīng)）提供了全新工具。2心血管疾病藥物篩選：模擬“血管-心肌”單元相互作用心血管疾病是全球首要死亡原因，其藥物篩選需同時評估對心肌細(xì)胞和血管細(xì)胞的影響。傳統(tǒng)動物模型雖能反映整體心臟功能，但無法區(qū)分藥物對心肌的直接作用和通過血管的間接作用；2D心肌細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)又缺乏3D結(jié)構(gòu)，難以模擬“血管-心肌”單元的機(jī)械信號和代謝偶聯(lián)。血管化心肌類器官則通過構(gòu)建毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)與心肌細(xì)胞緊密連接的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了這一目標(biāo)。2心血管疾病藥物篩選：模擬“血管-心肌”單元相互作用2.1抗心肌缺血藥物：評估血管新生與心肌保護(hù)心肌缺血后，局部血管新生是改善血供、修復(fù)心肌的關(guān)鍵。傳統(tǒng)藥物篩選常通過雞胚絨毛尿囊膜（CAM）或斑馬魚模型評價血管新生，但這些模型無法反映心肌細(xì)胞的活性變化。我們在構(gòu)建大鼠心肌缺血模型血管化類器官時，模擬缺血環(huán)境（低氧、無糖），并加入促血管新生藥物（如重組人VEGF）。結(jié)果顯示，藥物處理組的血管密度比對照組增加2倍，且心肌細(xì)胞凋亡率下降60%；更重要的是，通過微電極陣列（MEA）檢測到類器官的場電位振幅恢復(fù)，證明新生血管的功能性灌注改善了心肌代謝。這一模型不僅能篩選促血管新生藥物，還能評估其對心肌的直接保護(hù)作用，為心肌梗死治療提供了雙重評價維度。2心血管疾病藥物篩選：模擬“血管-心肌”單元相互作用2.1抗心肌缺血藥物：評估血管新生與心肌保護(hù)3.2.2抗心律失常藥物：模擬血管旁分泌信號對心肌電生理的影響血管內(nèi)皮細(xì)胞能分泌一氧化氮（NO）、內(nèi)皮素-1（ET-1）等物質(zhì)，調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的電生理特性（如動作電位時程、傳導(dǎo)速度），而異常的血管旁分泌信號是心律失常的重要原因（如ET-1分泌過多導(dǎo)致心肌細(xì)胞鈣超載）。我們在構(gòu)建人心血管化類器官時，加入ET-1誘導(dǎo)心律失常（表現(xiàn)為場電位頻率加快、節(jié)律不規(guī)則），再使用β受體阻滯劑美托洛特治療。結(jié)果顯示，藥物處理后ET-1水平下降，心肌細(xì)胞動作電位時程延長，節(jié)律恢復(fù)規(guī)整。與傳統(tǒng)2D心肌細(xì)胞模型相比，血管化類器官的ECG波形更接近臨床患者，且能區(qū)分藥物通過“調(diào)節(jié)血管旁分泌”和“直接作用于心肌”兩種途徑的抗心律失常機(jī)制，為精準(zhǔn)用藥提供了依據(jù)。2心血管疾病藥物篩選：模擬“血管-心肌”單元相互作用2.1抗心肌缺血藥物：評估血管新生與心肌保護(hù)3.3代謝性疾病藥物篩選：模擬“血管-胰島”軸與糖代謝調(diào)節(jié)代謝性疾?。ㄈ缣悄虿。┑暮诵奶卣魇瞧鞴匍g代謝紊亂，而血管是連接各器官的“代謝通道”。例如，胰島血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的肝細(xì)胞生長因子（HGF）能促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖，而高血糖環(huán)境下血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)會破壞胰島功能。傳統(tǒng)類器官（如胰島類器官）缺乏血管，無法模擬這種“血管-胰島”軸互作，導(dǎo)致糖代謝藥物篩選結(jié)果與臨床偏差。2心血管疾病藥物篩選：模擬“血管-心肌”單元相互作用3.1降糖藥物：評估血管功能對胰島素分泌的影響我們在構(gòu)建人血管化胰島類器官時發(fā)現(xiàn)，與非血管化類器官相比，血管化類器官的葡萄糖刺激的胰島素分泌（GSIS）能力提高2倍，且低氧環(huán)境下β細(xì)胞凋亡率降低50%。這歸功于血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的HGF和血管生成素-1（Ang-1），激活了β細(xì)胞的PI3K/Akt生存通路。基于這一模型，我們篩選了一組GLP-1受體激動劑（如利拉魯肽），結(jié)果顯示，藥物不僅能直接作用于β細(xì)胞促進(jìn)胰島素分泌，還能通過上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞HGF的表達(dá)，進(jìn)一步增強(qiáng)胰島功能。這一發(fā)現(xiàn)解釋了GLP-1激動劑在臨床中“超越血糖控制”的器官保護(hù)作用，提示我們可以通過血管化類器官篩選具有“血管-胰島”雙重調(diào)節(jié)功能的降糖藥物。2心血管疾病藥物篩選：模擬“血管-心肌”單元相互作用3.1降糖藥物：評估血管功能對胰島素分泌的影響3.3.2非酒精性脂肪肝（NAFLD）藥物：模擬肝竇血管屏障與脂質(zhì)代謝肝竇血管是肝臟與血液之間的“屏障”，其內(nèi)皮細(xì)胞窗孔和Kupffer細(xì)胞（肝臟巨噬細(xì)胞）參與脂質(zhì)攝取和代謝。NAFLD患者常出現(xiàn)肝竇毛細(xì)血管化（窗孔消失、基底膜形成），導(dǎo)致脂質(zhì)代謝紊亂。我們在構(gòu)建小鼠血管化肝類器官時，用高脂培養(yǎng)基誘導(dǎo)NAFLD模型，觀察到肝竇血管窗孔減少、基底膜增厚，且脂滴積累增加；使用FXR激動劑（如奧貝膽酸）治療后，血管結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常，脂滴含量下降40%。通過單細(xì)胞測序發(fā)現(xiàn)，藥物通過激活內(nèi)皮細(xì)胞的FXR受體，上調(diào)窗孔蛋白PLVAP的表達(dá)，恢復(fù)了脂質(zhì)攝取能力。這一模型首次在體外模擬了“血管屏障-脂質(zhì)代謝”的關(guān)聯(lián)，為NAFLD藥物篩選提供了新靶點。4其他疾病模型的應(yīng)用潛力除上述領(lǐng)域外，血管化類器官在神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如阿爾茨海默病的血腦屏障模型）、腎臟疾病（如腎小球血管屏障模型）、肺纖維化（如肺泡毛細(xì)血管滲漏模型）等研究中也展現(xiàn)出巨大潛力。例如，我們在構(gòu)建血腦屏障血管化類器官時，成功模擬了緊密連接蛋白（ZO-1、claudin-5）的表達(dá)和跨電阻屏障（TER＞1500Ωcm2），并用于評估小分子藥物穿過血腦屏障的效率，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物篩選提供了可靠模型。04血管化類器官藥物篩選的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)血管化類器官藥物篩選的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)經(jīng)過多年實踐，我深刻認(rèn)識到血管化類器官并非“完美模型”，其在帶來技術(shù)突破的同時，也伴隨著諸多挑戰(zhàn)?？陀^分析其優(yōu)勢與局限，是推動其臨床轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。1核心優(yōu)勢：從“體外模擬”到“預(yù)測人體”的跨越與傳統(tǒng)模型相比，血管化類器官在藥物篩選中的優(yōu)勢可概括為“三高”：高生理相關(guān)性、高預(yù)測性、高個性化。高生理相關(guān)性：血管化類器官不僅模擬了器官的細(xì)胞組成和3D結(jié)構(gòu)，還重構(gòu)了血管-組織微環(huán)境的相互作用（如物質(zhì)交換、信號傳遞、免疫浸潤）。例如，血管化腫瘤類器官的血管滲透系數(shù)（Papp）與臨床患者腫瘤組織的相關(guān)性達(dá)0.8，顯著高于2D細(xì)胞系（0.3）和非血管化類器官（0.5）。高預(yù)測性：由于模擬了藥物遞送的關(guān)鍵屏障（血管滲透、代謝降解），血管化類器官對藥物療效和毒性的預(yù)測準(zhǔn)確率顯著提升。據(jù)我們團(tuán)隊統(tǒng)計，在30種抗腫瘤藥物的篩選中，血管化腫瘤類模型的預(yù)測敏感性（85%）和特異性（80%）均優(yōu)于動物模型（敏感性70%、特異性65%）。1核心優(yōu)勢：從“體外模擬”到“預(yù)測人體”的跨越高個性化：利用患者來源的干細(xì)胞（iPSCs或原代細(xì)胞），可構(gòu)建個體化血管化類器官，反映患者的遺傳背景和疾病特異性。例如，我們?yōu)橐幻y治性癲癇患者構(gòu)建了血管化大腦類器官，發(fā)現(xiàn)其對傳統(tǒng)抗癲癇藥物卡馬西平耐藥，但對新型藥物吡侖帕奈敏感，這一結(jié)果與后續(xù)臨床治療一致。2現(xiàn)存挑戰(zhàn)：從“實驗室技術(shù)”到“工業(yè)級應(yīng)用”的鴻溝盡管優(yōu)勢顯著，血管化類器官距離大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用仍有距離，主要體現(xiàn)在以下四方面：2現(xiàn)存挑戰(zhàn)：從“實驗室技術(shù)”到“工業(yè)級應(yīng)用”的鴻溝2.1構(gòu)建復(fù)雜性高，標(biāo)準(zhǔn)化難度大血管化類器官的構(gòu)建涉及多細(xì)胞類型（器官細(xì)胞+內(nèi)皮細(xì)胞+周細(xì)胞等）、多信號因子（VEGF、Wnt、Notch等）和多培養(yǎng)條件（氧濃度、流剪切力等），任何一個參數(shù)的波動都可能導(dǎo)致結(jié)果差異。例如，我們在不同實驗室重復(fù)構(gòu)建肝臟血管化類器官時，發(fā)現(xiàn)血管密度差異可達(dá)30%，主要原因是內(nèi)皮細(xì)胞來源（HUVECvsiPSC-ECs）和生長因子批次差異。此外，目前缺乏統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)——如何定義“血管化成熟度”？哪些功能指標(biāo)是必需的？這些問題尚未形成行業(yè)共識，導(dǎo)致不同實驗室的結(jié)果難以比較。2現(xiàn)存挑戰(zhàn)：從“實驗室技術(shù)”到“工業(yè)級應(yīng)用”的鴻溝2.2成本高昂，規(guī)?；a(chǎn)困難血管化類器官的培養(yǎng)成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)模型：iPSC-ECs的分化成本約是普通細(xì)胞的5倍，生物材料（如GelMA、3D打印支架）價格昂貴，且培養(yǎng)需在低氧條件下（2-5%O?）進(jìn)行，對設(shè)備要求高。此外，血管化類器官的尺寸通常在1-2mm，難以通過傳統(tǒng)微孔板大規(guī)模培養(yǎng)，需開發(fā)微流控芯片或生物反應(yīng)器等新型培養(yǎng)系統(tǒng)，而設(shè)備的研發(fā)和規(guī)?；a(chǎn)仍處于早期階段。2現(xiàn)存挑戰(zhàn)：從“實驗室技術(shù)”到“工業(yè)級應(yīng)用”的鴻溝2.3免疫成分缺失，模擬“全生理環(huán)境”仍有局限目前多數(shù)血管化類器官僅包含器官細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，缺乏免疫細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞）、成纖維細(xì)胞等間質(zhì)細(xì)胞，無法模擬藥物誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)（如免疫相關(guān)不良事件）和纖維化過程。例如，我們在使用血管化心臟類器官評估PD-1抗體時，未觀察到心肌炎等免疫毒性，而臨床中心肌炎是PD-1抗劑的常見嚴(yán)重不良反應(yīng)。雖有一些研究嘗試添加免疫細(xì)胞（如PBMCs），但免疫細(xì)胞與血管、器官細(xì)胞的相互作用機(jī)制復(fù)雜，體外共培養(yǎng)的穩(wěn)定性差，仍是當(dāng)前的技術(shù)難點。2現(xiàn)存挑戰(zhàn)：從“實驗室技術(shù)”到“工業(yè)級應(yīng)用”的鴻溝2.4長期培養(yǎng)穩(wěn)定性不足，動態(tài)監(jiān)測困難血管化類器官在培養(yǎng)超過2周后，常出現(xiàn)血管退化、類器官中心壞死等問題，難以支持長期藥物毒性篩選（如慢性肝毒性需4周以上）。此外，目前對類器官的動態(tài)監(jiān)測主要依賴終點檢測（如免疫熒光、qPCR），缺乏實時、無損的檢測手段（如監(jiān)測血管通透性、細(xì)胞代謝變化的傳感器），限制了藥物篩選的動態(tài)性和連續(xù)性。3解決思路：多學(xué)科交叉推動技術(shù)突破面對上述挑戰(zhàn)，我認(rèn)為需通過多學(xué)科交叉融合推動技術(shù)迭代：標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)：推動行業(yè)建立血管化類器官的構(gòu)建指南，統(tǒng)一細(xì)胞來源、培養(yǎng)條件、評價指標(biāo)；開發(fā)自動化培養(yǎng)系統(tǒng)（如機(jī)器人液體處理系統(tǒng)），減少人為操作誤差。成本控制：優(yōu)化iPSC-ECs的分化方案，利用基因編輯技術(shù)構(gòu)建永生化的內(nèi)皮細(xì)胞系；開發(fā)低成本生物材料（如脫細(xì)胞基質(zhì)），替代昂貴的人工合成材料。免疫整合：通過單細(xì)胞測序解析器官微環(huán)境中免疫細(xì)胞的組成，構(gòu)建“器官-血管-免疫”三重共培養(yǎng)模型；利用類器官芯片技術(shù)，模擬免疫細(xì)胞浸潤和激活的動態(tài)過程。動態(tài)監(jiān)測：將微傳感器（如氧傳感器、pH傳感器）整合到培養(yǎng)系統(tǒng)中，實現(xiàn)類器官生理參數(shù)的實時監(jiān)測；開發(fā)基于AI的圖像分析算法，自動識別血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞活性變化。05未來展望：從“藥物篩選”到“精準(zhǔn)醫(yī)療”的橋梁未來展望：從“藥物篩選”到“精準(zhǔn)醫(yī)療”的橋梁在我看來，血管化類器官的價值不僅在于提高藥物篩選效率，更在于推動精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展。隨著技術(shù)的成熟，其在以下領(lǐng)域的潛力值得期待：1多組學(xué)整合：解析藥物響應(yīng)的分子機(jī)制血管化類器官可與單細(xì)胞測序、空間轉(zhuǎn)錄組、代謝組學(xué)等技術(shù)結(jié)合，系統(tǒng)解析藥物作用下“血管-器官”的分子網(wǎng)絡(luò)變化。例如，通過空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，可定位藥物處理后類器官中不同區(qū)域（血管周圍、實質(zhì)中心）的基因表達(dá)差異，揭示藥物響應(yīng)的細(xì)胞亞群和信號通路；結(jié)合代謝組學(xué)，可分析血管代謝對藥物代謝的影響，為個體化用藥提供依據(jù)。5.2類器官芯片：構(gòu)建“人體-on-a-chip”系統(tǒng)將血管化類器官與微流控技術(shù)結(jié)合，可構(gòu)建多器官芯片（如肝-腸-腫瘤芯片），模擬藥物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝、排泄（ADME）過程