新型類器官樣神經血管球促進皮瓣移植研究取得進展

來源：EFL生物3D打印與生物制造

神經與血管之間的相互作用在皮瓣發(fā)育、損傷修復和穩(wěn)態(tài)維持中起著至關重要的作用。然而，在大多數皮瓣移植策略中，神經與血管之間的相互作用往往被忽視，導致修復效果不佳。近日，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院巫林平研究員課題組聯合武漢協和醫(yī)院孫家明教授團隊在《Advanced Healthcare Materials》上發(fā)表了一項題為“Organoid-Like Neurovascular Spheroids Promote the Recovery of Hypoxic-Ischemic Skin Flaps Through the Activation of Autophagy”的研究，該研究通過開發(fā)一種高度萌發(fā)的類器官樣神經血管球（NVUs），為皮瓣移植提供了新的解決方案。

研究背景
皮瓣移植在治療急性傷口、慢性難愈性傷口、器官重建和組織缺損中發(fā)揮著重要作用。然而，皮瓣移植的失敗可能導致皮瓣壞死、感染以及嚴重傷口的暴露和感染，甚至危及患者生命。目前，血管再生是皮瓣移植的主要限制因素。現有的皮瓣移植技術，包括顯微解剖學、誘導血管生成、預血管化技術和動靜脈環(huán)移植等，主要側重于恢復皮瓣血流和促進皮瓣血液回流，但其效果因受傷皮瓣的缺氧缺血環(huán)境而受限。因此，需要新的策略來提高移植皮瓣的存活率。

研究亮點
本研究開發(fā)了一種新型神經血管球（NVUs），其核心為聚-3-羥基丁酸酯-4-羥基丁酸酯（P34HB）多孔微球，嵌入在明膠甲基丙烯�；�（GelMA）水凝膠的支持性微環(huán)境中。這種細胞負載的多孔微球成功模擬了神經血管耦合，為神經和血管細胞提供了仿生的細胞外微環(huán)境。研究結果表明，神經血管球形成了復雜的血管叢并分泌了細胞外基質，改善了體內皮瓣的存活。

研究內容

1.P34HB OPMs的制備
研究人員采用雙乳液法，結合二氧化碳和氨氣的釋放，成功制備了P34HB多孔微球（P34HB OPMs）。這些微球的粒徑范圍在20至80微米之間，且擁有高度開放和相互連通的孔隙表面，有效促進了營養(yǎng)物質、氧氣和代謝廢物的內外運輸，從而促進了細胞的增殖。特別是5% P34HB OPMs，其孔隙尺寸較大，分布廣泛，為細胞提供了理想的生長環(huán)境。

圖1 P34HB OPMs的制備（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

2.NVUs的組裝與發(fā)芽
通過非粘附瓊脂糖微孔板，研究人員成功制備了由人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）和誘導多能干細胞衍生的神經嵴細胞（hiPSC-NCCs）組成的NVUs。這些NVUs在培養(yǎng)過程中表現出良好的細胞遷移和增殖能力，形成了豐富的血管網絡。特別是當NVUs被移植到明膠甲基丙烯酸酯（GelMA）水凝膠中時，它們展現出了強勁的發(fā)芽能力，形成了密集的毛細血管網絡。

圖2 NVUs的組裝與發(fā)芽（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

3.自噬在神經血管相互作用中的重要作用
研究還發(fā)現，自噬在NVUs的生長和發(fā)芽過程中發(fā)揮著關鍵作用。通過抑制自噬，研究人員發(fā)現NVUs的發(fā)芽數量和長度顯著減少，表明自噬對于NVUs的發(fā)芽和生長至關重要。此外，自噬還促進了與血管生成相關基因的表達，進一步證實了自噬在神經血管相互作用中的重要性。

圖3 自噬在神經血管相互作用中的重要作用（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

4.NVUs在體內促進皮瓣存活的潛力
為了評估NVUs在治療皮瓣壞死中的潛力，研究人員將NVUs植入免疫缺陷大鼠的皮下組織，并創(chuàng)建了5厘米長、1厘米寬的皮瓣模型。結果顯示，與對照組相比，接受NVUs移植的大鼠皮瓣存活率顯著提高，且愈合質量更佳。組織學分析還表明，NVUs移植促進了皮瓣的血管生成，減少了細胞凋亡，從而加速了皮瓣的存活和修復。

圖4 NVUs在體內促進皮瓣存活的潛力（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

5.NVUs促進皮瓣存活的機制
通過RNA轉錄組測序，研究人員進一步揭示了NVUs促進皮瓣存活的機制。結果顯示，NVUs移植后，皮瓣組織中與神經活性配體-受體相互作用和PI3K-Akt信號通路相關的基因顯著上調。這些通路在調節(jié)細胞生長、增殖、存活和遷移等方面發(fā)揮著重要作用，從而促進了皮瓣的存活和修復。

圖5 NVUs促進皮瓣存活的機制（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

6.免疫和自噬增殖在NVU介導的皮瓣存活中的作用
免疫熒光染色結果顯示，NVUs移植后，皮瓣組織中M2型巨噬細胞的數量顯著增加，表明NVUs促進了巨噬細胞向M2型的極化，有助于維持免疫平衡。此外，NVUs還促進了細胞的增殖和自噬，進一步證實了其在皮瓣移植中的積極作用。

圖6 免疫和自噬增殖在NVU介導的皮瓣移植中的作用（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

7.類器官樣真皮神經血管單元的應用
為了探索NVUs在更廣泛組織再生中的應用，研究人員還制備了由人皮膚成纖維細胞（HDFs）、HUVECs和hiPSC-NCCs組成的類器官樣真皮神經血管單元（DNVUs）。這些DNVUs在GelMA水凝膠中展現出了強大的發(fā)芽能力，形成了豐富的血管網絡，并促進了ECM蛋白的產生和積累。這些發(fā)現為開發(fā)新型皮膚組織工程策略提供了有力支持。

圖7 類器官樣DNVUs的應用（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

圖8 類器官樣DNVUs的應用（圖源：Jie J, et al., Adv Healthc Mater, 2025）

應用前景與展望
綜上所述，該研究不僅成功制備了P34HB OPMs和NVUs，還深入探索了它們在皮瓣存活中的潛力和機制。這些成果為治療大面積缺氧缺血性皮瓣損傷提供了新的思路和方法，具有重要的臨床應用前景。

中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院巫林研究員、陳珺副研究員和武漢協和醫(yī)院孫家明教授為論文的共同通訊作者，武漢協和醫(yī)院揭君津博士為論文的第一作者。該研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然基金、廣州市科技計劃等項目的資助。   

文章來源：https://advanced.onlinelibrary.w ... 1002/adhm.202405154

合作導師
巫林平研究員，中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院，博士生導師。致力于納米轉化醫(yī)學研究，研究方向包括生物材料合成及其微納結構調控干細胞命運器官再造，核酸藥物（疫苗）開發(fā)及其納米靶向遞送系統研究。承擔國家重點研發(fā)計劃課題及國家科技重大專項等多項課題。近年在高水平雜志如Nat Commun、Sci Adv等發(fā)表論文80余篇，累計影響影子600。課題組長期招收博士后，歡迎有興趣的人才申報。