血管内皮细胞对神经细胞突触生长的调控作用及其三维神经血管模型构建

本研究针对神经与血管网络互作机制不清的问题，通过建立玻璃基底和胶原凝胶的体外神经血管模型，揭示了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）对PC12细胞突触生长的促进作用。创新性地提出"先诱导血管形成后补充神经生长因子（NGF）"的时序培养策略，显著提升三维神经血管网络构建效率，为神经再生医学和类器官研究提供了新方法。

　　

在生命体的复杂系统中，血管网络与神经网络犹如城市中的交通与通讯系统，二者在空间分布和功能调控上存在精妙的协同关系。这种被称为"神经血管单元（Neurovascular Unit）"的结构，不仅负责氧气和养分的输送，还参与神经信号的传导与调控。然而，传统研究多将这两个系统孤立分析，导致对它们相互作用机制的理解存在重大空白。特别是在神经损伤修复和组织再生过程中，血管如何引导神经再生这一关键问题，始终缺乏有效的体外研究模型。

针对这一挑战，日本研究团队在《Journal of Bioscience and Bioengineering》发表了一项创新研究。该团队开发了基于玻璃基底和胶原凝胶的双重培养体系，首次系统比较了二维与三维环境下人脐静脉内皮细胞（HUVECs）对PC12神经细胞突触生长的调控差异。研究发现，在二维培养中，HUVECs能直接促进PC12细胞突触延伸；而在三维胶原凝胶中，神经生长因子（NGF）的补充时机成为决定神经血管网络共生的关键——相较于初始即添加NGF的传统方法，先培养5天诱导血管形成后再加入NGF的"时序调控"策略，使神经突触生长效率提升显著。

关键技术方法包括：1）建立玻璃基底与I型胶原凝胶的双重培养系统；2）采用人源性HUVECs与大鼠PC12细胞的跨物种共培养模型；3）开发分阶段添加NGF的时序培养方案；4）通过形态学分析定量评估神经突触生长。

【Cell culture】
研究采用商业化获取的HUVECs和PC12细胞，分别使用内皮细胞生长培养基（EGM2）和含血清DMEM培养。所有培养均严格控制在37°C、5% CO₂
条件下进行。

【Coculture in two-dimensional environments】
在玻璃基底共培养实验中，PC12细胞与HUVECs直接接触培养显示，内皮细胞的存在使神经突触平均长度增加2.3倍。通过时间推移显微术观察到，HUVECs通过物理接触引导PC12细胞突触沿血管样结构定向生长。

三维胶原凝胶培养结果更为显著：传统NGF持续培养组血管网络破碎且神经突触分散；而时序培养组（第5天加入NGF）形成完整的"神经-血管共生网络"，其突触分支点数较对照组增加178%。这种差异提示血管网络的预先建立为神经延伸提供了物理支架和化学趋化梯度。

研究结论揭示：1）血管内皮细胞通过接触依赖性和非接触性机制双向调控神经突触生长；2）三维培养中神经与血管的发育存在时空协同性；3）"血管先导-神经跟进"的时序培养策略可显著提升神经血管模型构建效率。该发现为缺血性脑损伤、糖尿病周围神经病变等血管相关神经病变提供了新的研究模型，其建立的简易三维培养方案尤其适用于高通量药物筛选平台构建。

特别值得注意的是，这种不依赖复杂生物反应器的培养方法，使得常规实验室也能开展神经血管互作研究。正如通讯作者Junji Fukuda强调的，该方法"通过模拟发育生物学过程，实现了体外神经血管网络的自主组装"。未来研究可进一步探索不同细胞比例、基质硬度和生长因子组合对网络形态的影响，为组织工程化神经移植物的血管化提供新思路。