構(gòu)建能夠模擬人體肝臟復(fù)雜結(jié)構(gòu)和功能的人工肝組織，一直是再生醫(yī)學(xué)與藥物研發(fā)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)�，F(xiàn)有肝類器官模型普遍存在兩大瓶頸：一是難以同時再現(xiàn)肝臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞、膽管上皮細(xì)胞以及功能性微血管系統(tǒng)的時空協(xié)調(diào)發(fā)育；二是大多依賴多能干細(xì)胞或多細(xì)胞共培養(yǎng)體系，不僅流程復(fù)雜、異質(zhì)性強(qiáng)，且規(guī)�；щy。其根本原因在于，傳統(tǒng)培養(yǎng)方法無法精準(zhǔn)模擬胚胎肝臟發(fā)育過程中由黏附信號、機(jī)械力與形態(tài)發(fā)生素共同構(gòu)成的動態(tài)微環(huán)境。

2026年4月14日，南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張妍與楊軍教授團(tuán)隊(duì)在《生物技術(shù)趨勢》上發(fā)表題為《Cadherin-engineered microspheres enable scalable biofabrication of multilineage liver organoids》的研究論文。該團(tuán)隊(duì)通過將E-鈣粘蛋白和VE-鈣粘蛋白融合分子修飾到可降解高分子微球表面，并內(nèi)部封裝生長因子，成功構(gòu)建了一種“智能”生物材料平臺。僅需單一來源的間充質(zhì)干細(xì)胞，即可在三維聚集體內(nèi)自發(fā)形成具有血管網(wǎng)絡(luò)、肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞的多譜系肝類器官。

研究團(tuán)隊(duì)首先采用微流控技術(shù)制備了直徑約22微米的聚乳酸-羥基乙酸共聚物微球，并在其表面穩(wěn)定修飾E-鈣粘蛋白、VE-鈣粘蛋白和血管內(nèi)皮生長因子的融合蛋白，同時內(nèi)部封裝成纖維細(xì)胞生長因子和肝細(xì)胞生長因子。當(dāng)將人間充質(zhì)干細(xì)胞與這些功能化微球按3:1比例混合離心后，細(xì)胞與微球快速自組裝成致密的雜合聚集體。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，E-鈣粘蛋白通過同親性相互作用增強(qiáng)了細(xì)胞間連接，激活了α-連環(huán)蛋白/肌動蛋白骨架/機(jī)械敏感轉(zhuǎn)錄共激活因子信號軸，促進(jìn)細(xì)胞核內(nèi)YAP聚集，并上調(diào)多能性相關(guān)基因表達(dá)。這一過程不僅顯著增強(qiáng)了細(xì)胞聚集體內(nèi)的機(jī)械傳導(dǎo)，還誘導(dǎo)了抗凋亡信號通路活化，為干細(xì)胞后續(xù)的定向分化奠定了“可塑性”基礎(chǔ)。

在進(jìn)入肝-內(nèi)皮誘導(dǎo)分化階段后，VE-鈣粘蛋白與血管內(nèi)皮生長因子的協(xié)同作用展現(xiàn)出關(guān)鍵功能——它們引導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞在聚集體內(nèi)部形成內(nèi)皮細(xì)胞核心。這些新生內(nèi)皮細(xì)胞并非被動填充，而是主動分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β并激活NOTCH信號通路，且這兩種發(fā)育信號的活化強(qiáng)度從聚集體核心向外周呈梯度衰減。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序進(jìn)一步揭示，高表達(dá)NOTCH2的膽管細(xì)胞樣群體顯著富集了ONECUT2、CLDN4等膽管特異性基因；同時，成纖維細(xì)胞生長因子2與CD44的配體-受體對與肝細(xì)胞分化標(biāo)志物呈正相關(guān)。通過配體-受體網(wǎng)絡(luò)分析，研究團(tuán)隊(duì)還鑒定出間充質(zhì)細(xì)胞通過多種信號通路與肝細(xì)胞、膽管細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞形成的復(fù)雜通訊圖譜。經(jīng)過14天至4周的培養(yǎng)，這些類器官自發(fā)分化為清淅分區(qū)的肝細(xì)胞（表達(dá)白蛋白、HNF4A）、膽管細(xì)胞（表達(dá)CK19）、內(nèi)皮細(xì)胞（表達(dá)CD31）及間充質(zhì)細(xì)胞，并展現(xiàn)出成熟肝細(xì)胞功能——白蛋白分泌量達(dá)2微克/百萬細(xì)胞/天，尿素合成約20微克/百萬細(xì)胞/天，約為原代人肝細(xì)胞水平的55%。在對乙酰氨基酚和異煙肼的毒性測試中，該類器官呈現(xiàn)典型的劑量依賴性損傷反應(yīng)，包括線粒體活性氧升高、磷酸化JNK上調(diào)及線粒體DNA釋放至胞漿，與臨床肝損傷特征高度一致。該平臺為藥物篩選、疾病建模乃至再生醫(yī)學(xué)提供了一種可規(guī)�；⒖蓮�(fù)制的工程化策略。

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