微管"模具"介导内皮细胞和肝细胞构建血管化肝组织的研究

Hepatic organoids, fabricated by the hepatocytes in vitro, provide a promising therapy for the Liver failure. However, the main challenge in this issue is the revascularization in the hepatic organoids in vitro. Based on the spatial structure of ECM mediating angiogenesis, we present a new method to achieve the angiogenesis in the hepatic organoids. We intend to fabricate a micro-fiber "template" composed of gel. And then the hepatocytes are embedded within the "template" and the endothelial cells are adhered to the surface of the "template", respectively. After the process of culturing, inducing and de-gelling，a tubular vascularized hepatic organoid is fabricated. The morphology, organization, construction and function of the vascular tissue within this system will be investigated. Based on the results, we will analyse the mechanism of cellular adhesion, elongation, proliferation and maturity, which lead to the formation of vascular tissue.We also need to figure out the factors, which intervene in and maintain this vascular tissue. Furthermore, by utilizing this system, the partial polarity and function of hepatocytes are expected to be restored. This study will provide a new method for the revascularization in the hepatic organoids in vitro. The results will also provide a scientific proof for the angiogenesis in other tissues.

利用肝细胞体外构建肝组织体为肝衰竭的治疗带来了希望，但如何在肝组织体内实现血管再生，仍然是组织工程研究面临的一个难题。申请者以基质空间结构介导内皮细胞形成血管化组织的研究为切入点，提出一种在肝组织体中实现血管再生的新方法。本研究拟构建微管状凝胶并作为"模具"，将肝细胞和内皮细胞分别固定在"模具"的内部和外壁，经过培养、诱导和去凝胶化，形成管状的三维血管化类肝组织体。考察该体系中血管化组织的形态、结构及性能，分析内皮细胞层粘附、伸展、生长、成熟并形成血管化组织的过程机制，确定干预及维持该组织的条件因素，以期实现对肝细胞极性结构和功能的部分修复。研究结果将可为体外肝组织中血管再生提供一个新的思路，也可为其他组织中实现血管化提供参考依据。

虽然利用肝细胞体外构建肝组织体为肝衰竭的治疗带来了希望，但是如何在体外肝组织内实现血管再生，仍然是组织工程研究面临的一个难题。在目前的研究中，主要是通过对肝细胞和血管内皮细胞的共培养来诱导实现组织内的血管新生。本项目以基质空间介导的预血管化研究为切入点，提出一种在体外肝组织体中实现血管再生的新方法，即以海藻酸凝胶作为牺牲材料，制备一个微柱状的凝胶 “模具”，通过对该模具的包埋和去凝胶化，从而构建了一个微流控通道体系，在通道的内壁培养血管内皮细胞，生长形成三维管状的单细胞层，在通道外的3D生物凝胶体系中填充肝细胞，对上述形成的血管化类组织和肝细胞进行共培养，最终形成一个微流控脉管结构的三维血管化类肝组织体。通过该项目的研究，我们得到以下结论：（1）成功制备出基于海藻酸凝胶的模具体系，考察了该体系凝胶化和去凝胶化过程的离子响应性能，通过对该模具的表面的修饰，实现了血管内皮细胞的黏附、伸展、生长、并成熟形成血管化内皮组织；（2）以海藻酸凝胶模具作为牺牲材料，通过sacrificing molding构建一个微流控脉管系统，以该微流控脉管系统为平台，实现了物质在3D体系的有效传递，通过对血管内皮细胞的灌注培养，在脉管的内壁形成一个类似内皮组织的细胞层结构，并分析了该内皮细胞层生长成熟形成血管化组织的过程机制；（3）在微脉管外的3D生物凝胶体系中固定肝细胞，通过对上述血管化组织与肝细胞进行共培养，最终形成一个仿生的三维血管化类肝组织体，研究该血管内皮组织的形成过程，以及所形成的有序内皮组织对肝细胞表型及功能的影响，实现了肝细胞极性结构和功能的部分修复。本项目的研究为体外肝组织中血管再生提供一个新的思路，并可为其他组织中实现血管化提供参考依据。