撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
人体器官是如何发育的？当它们患病时会发生什么？ 为了回答这些问题，研究人员越来越关注所谓的类器官（Organoid）。这些微型器官通常只有几毫米大小，由实验室培养的细胞群组成，可以形成类似器官的结构。类器官技术的诞生，让在体外研究细胞在三维空间中的相互作用成为可能。
近日，德国汉诺威医学院Robert Zweigerdt团队等在 Nature 子刊Nature Cell Biology上发表了题为：Blood-generating heart-forming organoids recapitulate co-development of the human haematopoietic system and the embryonic heart 的研究论文 【1】 。 该研究 首次成功构建了可生成血液的心脏类器官。
类器官的生成并不容易，其所需的营养素、生长因子和信号分子必须按照特定的顺序和特定的时间按照精确的时间表添加。
2021年2月，Robert Zweigerdt团队在Nature Biotechnology期刊发表论文 【2】 ，首次成功制造了心脏形成类器官（Heart-forming Organoid，HFO），并在培养中重现了人类心脏早期阶段的完整路径。
到目前为止，科学界尚未解决的一个问题是如何同时模拟心脏发育和造血过程。人类胚胎在第四周时，造血开始在主动脉中形成，与心脏原基的形成时间和位置相近。
在这项新研究中，研究团队在他们之前开发的心脏类器官模型（HFO）的基础上，逐步添加了特殊因子，从而创造了一种新、产生血液的心脏类器官——BG-HFO（blood-generating HFO）。
这种微型心脏是由人类多能干细胞（hPSC）制造的。hPSC是具有特殊性质的干细胞，它们可以在培养基中无限繁殖并形成任何类型的细胞。借助嵌入在水凝胶基质中的生物或化学信号，可以控制hPSC的分化，使三维细胞聚集体在10-14天内发育为心脏类器官。这并不是简单的心肌细胞簇，而是由至少7种不同的、结构清晰的细胞和组织类型组成的复杂结构。
与自然胚胎发育过程一样，这些心脏类器官由三层杯状结构组成，包括心脏的前体细胞、肝、肺和血管。研究团队表示，经过调整的分化方案，在心脏类器官上添加了一个致密的内皮层，它排列在血管上，并从那里产生造血细胞和祖细胞。这也是第一个根据胚胎发育将所有组织结合在一起的人体器官模型。
BG-HFO的成功构建，使其他研究人员能够在细胞培养中研究造血的跨组织相互作用是如何发生的。这项研究不仅对阐明健康器官发育和造血有科学意义，还可以作为研究病毒、细菌、癌症或遗传缺陷的研究模型，以更好地了解心血管疾病，还适用于药物测试。
最后，研究团队表示，这种类器官构建原理非常灵活，因此，他们没有止步于让心脏类器官产生血液，还在研究新的分化方案，将hPSC转化为构成其他器官的细胞，从而进一步开发多组织类器官模型，用于医学研究。
论文链接：
1. https://www.nature.com/articles/s41556-024-01526-4
2. https://www.nature.com/articles/s41587-021-00815-9