研 究 概 述
类器官研究虽近年成果斐然，却受困于一个核心瓶颈：在诱导关键细胞分化时，始终无法生成具备复杂分支、明确层级和完整管腔的血管网络，这极大限制了该领域的进一步发展。
针对这一挑战，斯坦福大学医学院的吴庆明（Joseph C. Wu）教授团队筛选出了最佳生长因子和小分子组合，以此来模拟胚胎发育的时序性诱导信号，并借助微图案化技术将人类多能干细胞诱导分化成血管化心脏类器官cVO。得到的cVO不但包含心内膜、心肌、心外膜和神经元细胞等多种类型，还包含分支状且具有管腔的脉管系统，在空间上与上述多种细胞类型整合，精准模拟了心脏发育早期的环境条件。
后续通过 Maestro MEA检测获得的cVOs的搏动频率数据，符合已有文献报道的胚胎期心肌组织的发育特征。药物反应显示，其搏动频率与异丙肾上腺素浓度呈正相关。结合膜片钳、钙瞬变和收缩分析等检测结果共同表明，血管系统与心肌细胞的协同作用会直接影响心脏电生理活动、钙信号传导和收缩功能。
最后，他们将该血管化策略应用于肝脏，成功构建了血管化肝脏类器官（hVOs），证实了血管发育程序的保守性及上述策略的普适性。他们的研究成果为解决新生器官血管化这一关键科学问题提供了重要技术支撑，推动了类器官在发育研究、疾病建模和药物筛选中的应用潜力。
这些成果于2025年6月发表在Science（IF 44.7）上。
MEA检测结果
6E) 两组样本自发搏动心率、振幅柱形图。
6F）样本自发搏动场电位波形图和庞加莱图。
图 6E&F结果表明，cVOs 的搏动频率显著低于对照组（50 beats/min vs 70 beats/min, P<0.05），而两者的峰值振幅无显著差异。cVOs 的搏动频率与已有文献报道的体外培养人类胎儿心脏组织（~60 beats/min）及第 12 天人类多能干细胞（hPSC）衍生心肌细胞（~50 beats/min）的搏动频率相近，符合胚胎期心肌组织的发育特征。结合其他方法检测结果证实，血管化类器官对应受孕后 6.5 周（卡内基分期19-20 期）人类胚胎心脏，其结构、功能与该发育阶段的生理状态基本一致。
6J) 三个浓度（0、1、10 μM）异丙肾上腺素处理后心率变化柱形图。采用双向方差分析（ANOVA）及 Tukey 多重比较检验，*P < 0.05，**P < 0.005，***P < 0.0005，ns表示无显著差异。
图6J结果显示，对照组和 cVOs的搏动频率均随异丙肾上腺素（0、1、10μM）处理浓度增加而升高，且在各浓度下 cVOs 的频率均始终低于对照组。(编者按：结合钙瞬变和收缩检测结果，说明实验组cVOs的β-肾上腺素能受体信号通路功能完整，能够对生理性刺激产生与成熟心脏相似的剂量依赖性效应。)
实验条件
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MEA板包被：使用 1:50 稀释的基质胶（356231，Corning）或 50 μg/ml 的纤连蛋白（F1141-2MG，Sigma-Aldrich），在 37°C 条件下孵育MEA 板（M768-tMEA-48W，Axion Biosystems）1小时。
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样本接种：使用大口径 200 μl 移液器吸头将类器官转移至 MEA 板中，每孔放置一个类器官，同时加入至少 50-100 μl 的 RPMI/B27 培养基（用于对照组）或血管诱导培养基（用于 cVOs）。将类器官放置在记录电极上方，小心转移至培养箱中，让类器官在不受干扰的条件下过夜贴壁。
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数据采集和分析：样本接种 4 天后，使用 Maestro Pro 多通道 MEA 系统（Axion Biosystems ）进行场电位记录。数据分析由定制的 MATLAB （vR2024a，MathWorks ）程序完成。
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