中山大学李明强课题组AS封面论文：基于功能增强的间充质干细胞球3D打印血管化微肝组织用于肝衰竭治疗

急性肝衰竭是一种发病快且致死率高的疾病，因此需要及时的医疗干预。然而，常规的肝脏移植常常受限于供体来源和数量，且体外生命支持系统（生物人工肝）往往笨重且复杂。尽管肝细胞疗法能够缓解某些症状，但由于恶劣的局部环境往往导致静脉输注的肝细胞存活率较低，进而影响最终的治疗效果。相关研究已表明：异位植入的肝细胞可以作为远端卫星细胞，改善局部氧化应激和炎症风暴，从而减少组织坏死，促进细胞增殖，并提高肝衰竭小鼠的存活率。然而，由于肝细胞在体外扩增困难且容易丧失相关功能，因而获取足够数量的正常肝细胞并非易事。由于间充质干细胞的低免疫原性、来源广泛、无伦理问题和无致瘤性等优点，其分化得到的肝样细胞有望用于细胞疗法治疗急性肝衰竭。虽然已有研究发现细胞球与相同数量的单个细胞相比，细胞的旁分泌作用和分化潜能明显增强，然而其潜在的作用机制尚不清楚，且在营养物质和氧气渗透的极限距离内（约200微米），细胞球的尺寸与功能的关系尚缺乏研究。

基于此，该研究通过微孔阵列制得了不同尺寸的5种间充质干细胞球（25微米（XS）、50微米（S）、100微米（M）、150微米（L）、200微米（XL）），并比较其肝向分化能力和旁分泌作用。结果表明：直径约50微米的细胞球显著促进内皮细胞的迁移、增殖和血管生成，且该尺寸的细胞球还具有更好的肝向分化潜能。通过转录组测序分析发现：与单细胞相比，间充质干细胞球中多个信号通路受到上调，包括控制细胞极性、增殖、迁移和分化等多种生物过程的Wnt信号通路。且该信号通路的上调在50微米大小的细胞球中尤为显著。当间充质干细胞经过Wnt信号通路抑制剂IWP2或ICG001处理后，细胞球的功能增益随之消失，进而证明了Wnt信号通路在其中发挥的重要调控作用。由于小尺寸细胞球（50微米直径）即能够实现相同数量单细胞更强的功能，因而阐明其潜在的作用机制对于细胞疗法具有重要意义。

受肝最小单元-肝小叶结构的启发，研究者利用3D同轴生物打印技术制造了一个六角形的仿生结构微肝组织。其中，血管内皮细胞组成“中央静脉”和“窦状血管”的连通血管网，而间充质干细胞球（50微米直径）则包埋于肝脱细胞基质水凝胶中，作为实质部分填充于血管网的间隙。实验发现：当间充质干细胞球与血管内皮细胞以2:1的细胞接种密度比例和仿生结构共培养时，细胞的肝向分化效率更高，且形成了微血管。此外，动物实验结果表明：在四氯化碳或对乙酰氨基酚诱导的急性肝衰竭模型中，当仿生微肝组织皮下植入小鼠后，其可有效缓解氧化应激和炎症风暴等早期的肝衰症状，从而避免疾病的进一步恶化，并促进肝组织再生，因而具有临床转化的潜力。

创新点

1.揭示了不同尺寸的间充质干细胞球通过Wnt信号通路控制其肝向分化和旁分泌作用。

2.证明了肝小叶样细胞共培养过程中，间充质干细胞和血管内皮细胞的互作关系。

3.在两种急性肝衰竭小鼠模型中，3D打印的微肝组织显示出显著的治疗效果。

参考文献：

Jiabin Zhang^#, Xiaodie Chen^#, Yurong Chai, Chenya Zhuo, Yanteng Xu, Tiantian Xue, Dan Shao, Yu Tao*, Mingqiang Li*. 3D Printing of a Vascularized Mini-Liver Based on the Size-Dependent Functional Enhancements of Cell Spheroids for Rescue of Liver Failure. Advanced Science 2024, DOI: 10.1002/advs.202309899.

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309899?af=R