【PNAS】微流体血管化模型——精准分析肝脏再生关键因素

人体肝脏具有惊人的再生能力——即使被切除高达70%的部分，剩余的肝脏组织也能在短短几个月内再生成一个完整肝脏。对肝脏再生过程的分析，已经在啮齿动物中得到了较好的研究；但是，基于人类生物学结构的平行分析，至今还未被很好地研究。

近日，来自麻省理工的研究者开发了一种微流体血管化模型，以模拟人类高水平肝脏组织环境，并利用此模型对肝脏再生的关键因素进行了分析。其研究论文与6月28日发表在The Proceedings of the National Academy of Sciences期刊。

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2115867119#sec-1

具体来说，该模型被研究者称为结构型血管化肝集合再生分析（structurally vascularized hepatic ensembles for analyzing regeneration，SHEAR）。该模型结合了多个设计参数，用以模拟人类肝脏再生过程中的流动依赖性旁分泌（flow-dependent paracrine）。

首先，研究者回顾了现有文献，以确定肝脏再生的关键方面——1.血流动力学改变，例如增加液体流量；2. 生化输入，例如促进肝脏再生所必需的循环细胞因子；3. 实质和非实质细胞之间的旁分泌相互作用，特别是肝细胞和内皮细胞的旁分泌相互作用。

为了将上述特征集合成为一个仿生功能平台，研究者制造了一种器官型微流体装置（organotypic microfluidic devices），此装置具有可浸出的内皮化通道，这些通道可以适应流体流动的变化。通道的管腔在功能上代表人类肝脏中的正弦毛细血管——管腔被嵌入在细胞外基质（extracellular matrix, ECM）中，并衬有人类内皮细胞。对于主质组件，研究者将原代人肝（PHHs）和人真皮成纤维细胞（HDF）组成的3D球体（该团队之前的研究已证明其体外表型肝稳定性）。为了模仿再生的关键方面，研究者通过中央管腔的灌注将多细胞剪切装置暴露于流体流动和细胞因子中。通过量化在装置液流中存在的分泌因子，研究描绘了血液动力学输入（如剪切应力）和生化输入（如细胞因子）对内皮和肝细胞衍生的旁分泌因子的影响。

研究发现，通过中央通道的流体流中的细胞因子促进、激发了在装置内培养的人类肝细胞的细胞周期进入（cell-cycle entry），并导致PGE2等因子的分泌增加。

研究使用 PGE2作为候选再生因子，发现PGE2是内皮来源的；并且对于原代人肝细胞（f primary human hepatocytes）的细胞因子依赖性细胞周期进入来说，PGE2是必须的。

总体来说，此模型所提供的数据表明，通过对组件输入进行系统解构，SHEAR装置能增进研究者对肝脏再生的理解，并协助研究者精确分析人类肝脏再生因素。

上图：SHEAR平台对血管化的人肝进行建模，以发现血流依赖性旁分泌再生信号。

（A）原代肝炎与正常人真皮成纤维细胞（NHDF）混合，并聚集在锥体微孔中形成球状体。这些球体重悬于纤维蛋白原和凝血酶中，并聚合形成围绕针的纤维蛋白凝胶。针头缩回后，留下的管腔接种了原代人内皮细胞，这些细胞迁移并形成紧密的血管屏障。

（B）为了在设备上模拟肝脏再生，需要调节流量和细胞因子等输入参数。具体而言，在一种情况体流通过通道施加，而在另一种情况下，施加与肝脏再生相关的流动和细胞因子的组合。收集各种条件下的流出物并测定分泌因子。基于无监督机器学习，选择并验证候选因子以诱导在2D和3D配置中培养的原代肝细胞中的肝增殖。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2115867119#sec-1

https://medicalxpress.com/news/2022-06-tissue-reveals-key-players-liver.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。