在生命科學和醫學研究領域，能否在體外真實模擬人體復雜器官的結構與功能，一直是科學家們追求的目標。血管系統，作為貫穿全身、輸送養分與信號的生命網絡，其體外模型的構建尤為重要。人血管類器官的出現，標志著我們終于能在培養皿中高效、可控地培育出高度仿生的人類微血管網絡，為眾多前沿研究打開了全新的大門。

一、 什么是人血管類器官？

人血管類器官，是利用人多能干細胞（包括胚胎干細胞ESCs和誘導多能干細胞iPSCs）或成體內皮祖細胞，通過模擬胚胎血管發育的生物學過程，在三維培養環境中自組織形成的微型血管結構。

與傳統的二維內皮細胞培養相比，血管類器官具備以下革命性特征：

三維管狀結構：能形成具有空腔的毛細血管樣網絡，而不僅僅是單層鋪展的細胞。

多種細胞成分：不僅包含內皮細胞構成管腔，還能募集或分化出周細胞/平滑肌細胞進行包裹和支持，形成更成熟的血管壁結構。

功能性：具備物質交換、對血流剪切力或生化信號（如VEGF，血管內皮生長因子）產生響應等類血管功能。

遺傳背景可控：尤其當使用疾病特異性iPSCs構建時，能直接在人類遺傳背景下研究血管相關疾病。

二、 如何構建人血管類器官？核心策略解析

目前主流的構建方法圍繞"引導自組裝"這一核心思想展開，關鍵步驟通常包括：

1. 細胞來源與啟動

研究通常從hiPSCs或hESCs開始，通過添加BMP4、激活素A等因子，將其定向分化為中胚層細胞，這是血管發育的細胞起源。

2. 血管內皮命運誘導

隨后，使用關鍵生長因子VEGF和FGF，強力驅動中胚層細胞向內皮祖細胞分化。此時，細胞開始表達CD31等內皮標志物。

3. 三維成型與成熟

這是形成類器官的關鍵。將上述內皮細胞團嵌入到基質膠或膠原I等三維細胞外基質中。在這種仿生環境中，內皮細胞在VEGF、FGF等因子的持續刺激下，會發生"出芽"、"融合"，自組織連接成復雜的網狀結構。添加TGF-β抑制劑等因子有助于穩定這些新生血管，并促進周細胞樣細胞的招募和覆蓋，使血管結構更加成熟穩定。

三、 血管類器官的變革性應用場景

這種高度仿生的模型正在深刻改變多個研究領域：

疾病建模與機制研究：

罕見血管疾病：如腦海綿狀血管畸形，可直接利用患者iPSCs構建類器官，研究致病基因突變如何破壞血管結構。

糖尿病血管病變：在高糖環境下培養血管類器官，模擬研究血管滲漏、功能紊亂的分子機制。

腫瘤血管生成：將血管類器官與腫瘤類器官共培養，直觀研究腫瘤細胞如何"劫持"正常血管為其供血，是篩選抗血管生成藥物的平臺。

藥物發現與安全性評價：

高通量藥物篩選：快速測試成千上萬個化合物對血管生成、穩定性的促進或抑制效果，用于開發心血管藥物或抗癌藥。

藥物毒性評估：評估新藥候選物是否會引起血管毒性（如血管滲漏綜合征），比傳統動物模型更高效、更具人類相關性。

再生醫學與組織工程：

未來構建大型人造器官（如肝臟、腎臟）的挑戰之一就是血管化。預先生成的血管類器官可作為"現成的"血管網絡，植入工程化組織中，有望解決營養灌注難題，實現器官存活。

四、 挑戰與未來展望

盡管前景廣闊，血管類器官技術仍面臨挑戰：如何實現更精確的動靜脈分化？如何模擬血腦屏障等特殊血管功能？如何與神經系統、免疫系統等其他類器官整合？

未來的發展方向將聚焦于：

標準化與自動化：建立更穩定、可重復的培養方案，并適配自動化液體處理系統，以滿足工業級藥物篩選的需求。

功能復雜性提升：引入血流、壓力等物理刺激，并共培養免疫細胞，構建更具生理功能的"血管-免疫"微環境。

個性化醫療：利用患者iPSCs構建"個體化"血管類器官，用于預測其對特定治療方案的反應，實現精準醫療。

五、 結論

人血管類器官不僅僅是一個美麗的科學模型，它更是一個強大的發現引擎和測試平臺。它讓我們能夠在一個可控的、人性化的系統中，直接觀察和研究血管的生命活動。從揭秘疾病根源到加速新藥誕生，再到搭建未來人造器官的基石，血管類器官技術一場生物醫學研究的深刻變革，為最終戰勝血管相關疾病、推動再生醫學發展注入不可估量的動力。

隨著技術的不斷成熟與融合，在培養皿中構建并駕馭這套精密的"生命運河系統"，正從科幻走向現實。