“有了這些血管，我們現(xiàn)在相當于可以直接在人體組織上研究血管疾病?！?/span>
打破當前糖尿病研究格局的將會是什么？一款全新機制的藥物，還是全新的治療理念？答案也可能在于人體血管系統(tǒng)。
近日《自然》雜志發(fā)表的一項新研究中，科學家們首次成功培養(yǎng)出了人體血管的完美類器官，并確定了可能預防血管變化的關(guān)鍵機制。血管病變是糖尿病患者最常見的并發(fā)癥之一，也是致死的主要原因之一。這項突破性的技術(shù)大大促進了糖尿病等血管疾病方面的研究。
▲實驗室制造的人體血管模型（圖片來源：IMBA，引自UBC官網(wǎng)）
糖尿病在全世界影響了約4.2億人。很多糖尿病癥狀都是由于血管變化引起的血液循環(huán)和組織供氧受損而導致的。盡管糖尿病患者普遍患有血管疾病，但以往人們對其中的機制知之甚少，因此，治療手段難有突破性的發(fā)展。
為了解決這個問題，來自不列顛哥倫比亞大學（UBC）和奧地利科學院分子生物技術(shù)研究所（IMBA）的合作團隊開發(fā)了一種開創(chuàng)性的模型：使用干細胞，在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)3D的人體血管類器官。類器官是一種3D的體外細胞培養(yǎng)物，可模仿器官并用于相關(guān)研究。在這項研究中，研究人員培養(yǎng)的類器官就能夠驚人地模仿真實人體血管的結(jié)構(gòu)和功能。這是人們首次在實驗室里培養(yǎng)出血管！
接下來，研究人員又將血管類器官移植到小鼠體內(nèi)，帶來了更喜人的結(jié)果。這些“人造血管”發(fā)育成了功能完善的人體血管，含有動脈和毛細血管。這一發(fā)現(xiàn)表明，科學家們不僅可以在培養(yǎng)皿中構(gòu)建人類血管類器官，還可以在另一個物種中培養(yǎng)功能性人體血管系統(tǒng)！
“我們成功地通過干細胞制造了真正的人體血管，這讓人非常興奮。”研究第一作者，IMBA博士后研究員Reiner Wimmer表示，“我們的類器官與人類毛細血管的相似程度非常高，甚至達到了分子水平。有了這些血管，我們現(xiàn)在相當于可以直接在人體組織上研究血管疾病。”
培養(yǎng)出了這些完美的類器官，下一步就是探索糖尿病對血管的影響機制了。
糖尿病患者的血管通常會表現(xiàn)出基底膜的異常增厚。這會嚴重影響氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)向細胞和組織的輸送，進而導致很多健康問題，如腎衰竭、心肌梗死、中風、失明，以及最終可能導致截肢的外周動脈疾病。
當研究人員將血管類器官暴露在模仿糖尿病環(huán)境的培養(yǎng)皿中時，他們觀察到了令人震撼的現(xiàn)象。血管類器官中的基底膜大量擴張，這種典型的基底膜增厚與糖尿病患者的血管損傷非常相似。
▲糖尿病患者和人體血管類器官的血管病變。對比健康人群（上-左圖），糖尿病患者（上-右圖）血管周圍（紅色）的基底膜（綠色）明顯增大。對比健康組織（下-左圖），在實驗室中制造的糖尿病血管類器官也表現(xiàn)出了相似的情況，這一組織可以作為糖尿病模型來研究新的治療方法。（圖片來源：IMBA，引自UBC官網(wǎng)）
那么，有沒有藥物或其他候選化合物可以阻止血管壁增厚呢？研究人員發(fā)現(xiàn)，目前的糖尿病藥物都沒有對這種血管缺陷產(chǎn)生任何積極影響。不過，新的希望是，對體內(nèi)一種名為“γ-分泌酶”的酶進行抑制后，可以阻止血管壁的增厚。這表明，至少在動物模型中，阻斷γ-分泌酶可能有助于糖尿病治療。
研究團隊表示，這些發(fā)現(xiàn)有助于找到血管疾病的根本原因，并可能為糖尿病患者帶來新的治療方法?！巴ㄟ^干細胞中培養(yǎng)、構(gòu)建人體血管的類器官，是一種變革。” 研究的資深作者，UBC生命科學研究所所長，IMBA創(chuàng)始主任Josef Penninger說，“血液循環(huán)系統(tǒng)連接了我們體內(nèi)的每一個器官。這項技術(shù)有助于揭示各種血管疾病的病因和治療方法，包括阿茨海默病、心血管疾病、傷口愈合問題，中風、癌癥，當然，也包括糖尿病。”
參考資料
[1] Scientists grow perfect human blood vessels in a petri dish. Retrieved January 20, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-01/uobc-sg011519.php
[2] Reiner A. Wimmer, et al., (2019). Human blood vessel organoids as a model of diabetic vasculopathy. Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-018-0858-8
