脑类器官整合内皮网络模拟神经血管单元并减轻核心坏死的研究

本文创新性地采用封装策略将人脑微血管内皮细胞（HBMVECs）递送至发育中的脑类器官（COs），通过优化水凝胶浓度和培养基成分，成功构建具有血脑屏障（BBB）特征的3D神经血管模型。该模型显著提升培养基内化效率，使细胞凋亡降低三倍，为脑血管研究和药物测试提供了革命性平台。

　　

1 引言

脑类器官（COs）作为新型高通量体外人类模型，在生物医学领域展现出巨大潜力。然而缺乏血管化导致生理准确性不足，主要表现为营养扩散受限引发的核心坏死。研究团队突破性地将人脑微血管内皮细胞（HBMVECs）封装在细胞外基质（ECM）水凝胶中，通过精确调控VEGF浓度（50 ng mL^-1）和混合培养基比例（1:7 ECG:CO），成功构建具有神经血管单元（NVU）特征的3D模型。

2 结果

2.1 水凝胶浓度与培养基优化

实验证实40% Geltrex^TM浓度下HBMVECs形成最优网络结构，血管面积占比提升2.3倍。混合培养基（MM）使连接点密度增加68%，而VEGF补充使血管长度增长至对照组的3倍。值得注意的是，每4天补充50 ng mL^-1 VEGF的方案最符合器官培养周期。

2.2 形态学与力学特征

血管化COs直径增长速率较对照组快35%，最终尺寸稳定在1.8-2.1 mm。纳米压痕检测显示组织刚度保持在0.5-3 kPa，与真实脑组织（0.1-1 kPa）高度吻合。ELISA分析揭示VEGF浓度在培养4天后仍维持>100 ng mL^-1，MMP-9分泌量达10 ng mL^-1，证实ECM重塑活性。

2.3 血管网络构建

CD31+染色显示A-iPSC来源COs表面血管覆盖率可达15%，形成分级血管结构（主支直径25-40 μm）。80% Geltrex^TM条件下血管端点减少42%，平均长度增加至180 μm。特别值得注意的是，该模型成功再现BBB关键特征：星形胶质细胞终足样结构、周细胞包裹及层粘连蛋白基底膜形成。

这项研究通过创新性的时空控制策略，首次实现脑类器官深度血管化，将核心坏死区域缩小至传统模型的1/3。建立的神经血管耦合模型不仅提升药物渗透预测准确性，更为研究脑血管发育和病理机制提供了全新工具平台。