清华新闻网9月30日电 缺血性血管疾病可导致组织血流灌注不足，严重时甚至引发肢体坏死。促进血管再生、恢复组织血流灌注，是缺血性疾病治疗的重要目标。近年来，人多能干细胞（hPSC）来源的血管类器官为血管再生提供了新的研究和治疗思路。然而，传统血管类器官通常以毛细血管样内皮网络为主，细胞组成和空间结构较难精准调控；同时，移植后人源血管细胞的存留、整合及其对缺血微环境的适应性变化仍缺乏深入认识。

9月25日，清华大学基础医学院衰老与再生中心那洁副教授团队在《BMC医学》（BMC Medicine）发表题为“3D生物打印人血管类器官片层促进缺血损伤修复并呈现适应性体内重塑”（3D bioprinted human vascular organoid sheets promote functional ischemic repair and exhibit adaptive in vivo remodeling）的研究论文。研究团队利用3D生物打印技术，将hPSC来源的血管内皮（hPSC-ECs）和平滑肌细胞（hPSC-SMCs），进行空间组织化，构建人源血管类器官片层（hVOS）。研究不仅实现了工程化人源血管组织的精准构建，并验证了其促进缺血组织血流恢复和修复的能力，还通过单细胞转录组揭示了移植物来源细胞在体内缺血微环境中的适应性重塑。

研究摘要图

研究团队首先将hPSC定向分化为具有相应功能特征的hPSC-ECs和hPSC-SMCs，并结合GelMA-基质胶生物墨水，通过3D生物打印构建具有可控形态和细胞组成的hVOS。体外培养过程中，hPSC-ECs与hPSC-SMCs在片层内部快速组织化并相互作用，形成具有一定空间结构的血管样网络。单细胞转录组分析进一步显示，hVOS包含EC、SMC、基质细胞及少量巨噬细胞等多种细胞群。其中，EC呈现血管生成和细胞迁移相关特征，SMC表现出收缩及血管壁形成相关特征；同时，VEGF–NOTCH、PDGF和TGF-β等细胞通讯信号，以及HIF和PIEZO1/KLF2相关缺氧应答和机械感知特征，提示多细胞相互作用及三维微环境信号可能共同参与血管网络的形成与成熟。

为评价hVOS的缺血修复能力，研究团队将体外培养7天的hVOS移植至小鼠下肢缺血模型。结果显示，hVOS来源的人源血管细胞能够在缺血组织中持续存活4周以上，并向缺血肌肉组织中延伸。与对照组相比，hVOS移植促进了缺血肢体血流恢复，并减少了组织坏死。免疫荧光分析显示，hVOS来源血管细胞参与了局部血管重建；进一步通过活体双光子成像发现，hVOS来源血管能够与宿主循环建立功能性灌注联系。这些结果表明，3D生物打印构建的hVOS不仅能够在移植后保持较好的细胞存留，还能够参与宿主血管重建，为缺血组织血管再生和功能修复提供支持。

除了评价治疗效果，研究团队进一步关注hVOS移植后的人源细胞如何响应缺血微环境。

研究团队在移植后第7天分选人源细胞并进行单细胞转录组测序。结果发现，移植后的EC比例得到较好维持，免疫原性相关基因表达降低，并出现具有不同功能状态的EC亚群，部分细胞呈现向静脉样表型转变的特征。同时，SMC和成纤维细胞中创伤修复和细胞外基质重塑相关通路明显富集。上述结果提示，hVOS来源的血管及基质细胞在移植后并非静态存在，而是能够感知并响应缺血组织微环境，通过动态的适应性重塑参与移植物与宿主组织的整合及缺血组织修复。这一发现也为理解工程化人源血管组织移植后的细胞命运和功能变化提供了新的视角。

综上，研究团队建立了一种基于3D生物打印的人源血管类器官片层构建方法，实现了血管内皮细胞和平滑肌细胞的精准组织化，并形成具有一定结构的血管网络。hVOS移植后能够在缺血组织中持续存活、发生动态重塑、参与血管重建并与宿主循环建立功能性联系，从而促进缺血组织血流恢复和组织修复。该研究为血管再生医学和缺血性疾病治疗研究提供了新的技术路径，也为利用3D生物打印构建具有特定结构和功能的人源血管组织奠定了基础。

那洁副教授为本文的通讯作者；清华大学基础医学院2021级博士生傅新宇、山西医科大学基础医学院2023级博士生严莉为本文的共同第一作者。

本研究得到了中国国家重点研发计划、国家自然科学基金、疑难重症及罕见病国家重点实验室、山西医科大学-清华大学医学院前沿医学协同创新中心、2026邯郸-清华大学合作项目、北京市自然科学基金、河北省重点科技支撑计划及CPSD-陈江和科研种子基金共同支持。

论文链接：

https://link.springer.com/article/10.1186/s12916-026-05256-2

供稿：基础医学院

编辑：李华山

审核：王晓霞