作者与发表信息
本文是一篇专题综述（Topical Review），由Seo-yeon Kong和Da-hyun Kim撰写，发表于 Biofabrication 期刊第18卷第3期（2026年），文章编号032011。两位作者均来自韩国诚信女子大学（Sungshin Women’s University），分别隶属生物技术系与生物制药与医学科学学院。
论文主题与核心脉络
本文系统综述了利用人类诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells, hiPSCs）来源的血管成分实现类器官（organoid）血管化的策略演进，核心聚焦于从二维（2D）内皮细胞（endothelial cells, ECs）掺入到三维（3D）血管类器官（blood vessel organoids, BVOs）融合的技术范式转变。作者将现有策略分为两大类——基于2D分化血管细胞的策略与基于3D预制血管单元的策略，并从血管构筑、内皮-壁细胞互作、组织特异性、与谱系分化方案的兼容性、疾病建模效能及可扩展性六个维度进行了系统性比较分析。
第一部分：2D血管细胞策略的技术路径
基于2D分化血管细胞的策略又细分为“共聚集”（co-aggregation）与“表面接种”（surface seeding）两种实施路径。在共聚集路径中，源自同一hiPSC系的ECs与器官特异性实质细胞在2D条件下分别完成谱系定向后，按预设比例混合形成三维微组织。Giacomelli等人率先验证了心脏中胚层共分化来源的ECs与心肌细胞（cardiomyocytes, CMs）共聚集后，ECs获得心脏微血管标志物NKX2.5与IRX4的表达，且三维微组织对异丙肾上腺素和维拉帕米表现出成熟心肌的电生理与药理学响应。后续三细胞共聚集模型（CMs:心脏成纤维细胞:ECs=7:1.5:1.5）进一步证明基质细胞通过CX43缝隙连接偶联和环磷酸腺苷（cAMP）信号升高等非心肌细胞自主性机制驱动结构成熟，而携带PKP2突变的致心律失常性心肌病（ACM）患者来源的成纤维细胞单独掺入即足以诱导节律异常表型。Voges等人在包含ECs与周细胞（pericytes）的三细胞心脏类器官中证明血管细胞通过PDGFB–PDGFRβ旁分泌轴将收缩力提升约1.5倍。
在内胚层器官领域，Takebe研究组于2017年首次实现“全iPSC肝芽”的构建，以iPSC来源的肝内胚层、横隔间充质细胞和ECs按10:7:2比例共聚集，其白蛋白分泌与CYP3A4活性均优于以原代HUVEC和骨髓间充质干细胞构建的传统肝芽。Kim等人进一步将肝星状细胞样细胞（HSCLCs）纳入共聚集体系（肝内胚层:ECs:HSCLCs=3:6:1），通过Notch信号时空调控同时实现了微血管网络形成与胆管样结构的自发涌现，证明血管化效能依赖器官特异性非实质细胞群体的协同作用。
表面接种策略则以Pham等人为代表：将iPSC-ECs分布于已分化34天的脑类器官表面并在Matrigel滴中再包埋，模拟胚胎期神经周围血管丛（perineural vascular plexus）向神经上皮的侵袭过程。移植入免疫缺陷小鼠脑内后，原先仅包绕表面的ECs在两周内深入类器官中心或沿玫瑰花环（rosette）结构排列，形成跨区域血管网络，而未经预血管化的类器官在移植后全部坏死。这一策略成功模拟了从外向内血管长入的发育过程，但空间分布的均一性和可灌注性仍受限制。
第二部分：3D血管单元策略的实施方式与功能优势
3D血管单元策略按血管模块的成熟度分为“预成形血管球体融合”与“BVO融合”两个层级。Song等人将iPSC来源的神经祖细胞球体与内皮球体融合，并加入间充质干细胞（MSCs）形成三培养体系，不仅诱导了ZO-1与GLUT-1等血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）相关标志物的表达，还使神经元展现电压门控钠钾通道活性、回弹动作电位和自发性突触后电流等电生理成熟特征。Yang等人则通过将预成形的血管球体包裹于iPSC-CM片层中生成带腔室结构的心脏类器官（vCCOs），ECs借助“由内向外”的迁移浸润心肌组织并形成对齐的血管网络，类器官可持续自发搏动超过8周。冷冻损伤后该模型再现钙瞬变振幅下降与纤维化进展，且卡托普利可部分逆转上述损伤，多柔比星则呈剂量依赖性心脏毒性。
BVO平台由Wimmer等人建立：通过拟胚体形成、Wnt/BMP中胚层诱导以及VEGF-A/FGF-2处理，再包埋于胶原I/Matrigel基质中进行出芽血管生成。所得BVOs包含CD31+ ECs、PDGFRβ+周细胞和富含胶原IV的基底膜（basement membrane, BM），形成可灌注的管腔化微血管网络。后续研究证实BVOs内部存在动脉（EFNB2+）和静脉（EPHB4+）内皮亚群的相互排斥性分区，以及ACTA2+血管平滑肌细胞与PDGFRB+/CSPG4+周细胞样壁细胞亚群的共存。Wimmer等人在高糖联合TNF-α/IL-6条件下成功诱导了糖尿病血管病变特征（BM增厚、EC密度降低、血管退化），而Kong等人则通过旋转培养施加剪切应力并结合THP-1单核细胞共培养、酶修饰低密度脂蛋白与TNF-α处理，在BVO中重建了包含泡沫细胞、纤维帽和钙化的动脉粥样硬化进展过程。Gong等人通过Etv2/NKX3.1正交转录编程将BVO生产周期从10天缩短至4天并实现约5000个聚集体的批量化产出，Skowronek等人则引入微沟槽底板与人血小板裂解物基质以简化收获流程并提升临床转化兼容性。
第三部分：BVO与器官特异性类器官的融合应用
血管化大脑类器官是BVO融合策略研究最深入的领域。Ahn等人首次将BVOs来源的“血管团块”与脑类器官在5%胎牛血清条件下融合，获得约80%覆盖率的管腔化CD31+网络，并实现70 kDa右旋糖酐的灌注。Sun等人的融合血管化脑类器官（fvBORs）中血管结构包裹DCX+未成熟神经元且神经元凋亡显著减少，同时出现了对脂多糖响应的IBA1+小胶质细胞样群体。Kong等人在感染SARS-CoV-2的血管化皮层组装体中观察到淀粉样蛋白β斑块沉积与磷酸化tau蛋白积累——这些阿尔茨海默病样表型在非血管化对照中完全缺失，直接证明血管区室是病理表型进展的主动驱动因素。在BBB成熟度方面，通过1%胎牛血清与白血病抑制因子诱导星形胶质细胞先成熟再与BVO融合，Cakir等人获得了TEER值高达168.7~1190.8 Ω·cm²的血脑屏障组装体，单细胞转录组证实其EC转录组与小鼠脑内皮高度相似，且CCM1突变患者来源的模型重现了脑海绵状血管畸形的特征性“背靠背”扩张内皮通道结构。
在内胚层器官方面，Tubbs等人将单个BVO与人原代胰岛共培养，至第5天胰岛被BVO血管网络完全包裹，14天内葡萄糖刺激胰岛素分泌指数持续提升，机制上涉及EC与BM来源的BMP信号通过SMAD通路驱动β细胞成熟。Harrison等人将成体肝干细胞类器官与iPSC-BVOs以20:1比例在Matrigel中共包埋，血管结构有效浸润肝类器官并分泌HGF、BMP2、TNF-α和WNT2等促肝血管分泌因子，使白蛋白和尿素产量显著升高。皮肤类器官与BVOs在气液界面条件下共培养后，不仅形成管腔化的DLL4+动脉与EMCN+静脉毛细血管，单细胞测序还揭示了巨噬样和树突样免疫细胞的出现。
第四部分：策略比较与微环境工程
两类策略的差异本质上在于血管构筑的预组织程度和引入方式。2D策略的优势在于细胞比例、掺入时序和纯度的精确控制，适合高通量筛选，但通常产生局部CD31+区域而非互联可灌注网络；3D策略以预组装的管腔化多细胞血管单元为起点，能形成右旋糖酐可灌注的网络并与宿主血管吻合，但受限于融合效率、基质几何构型要求和不同区室培养条件的冲突。组织特异性方面，心脏共聚集模型可获得心脏微血管转录身份，而BVO-脑组装体则通过宿主衍生信号（尤其是Wnt/LEF1通路）实现BBB化，但非神经系统的器官特异性内皮身份验证仍属空白。
微环境工程层面，低氧（2%~5% O₂）通过稳定HIF-1α激活VEGF-A等促血管生成基因，可恢复AGTR1缺陷肾类器官的血管募集能力；DMOG化学稳定HIF-1α在肾类器官中增加CD31+分支结构并被VEGFR抑制剂阻断。转录因子层面，ETV2作为BMP/Wnt/Notch下游枢纽，其经modRNA的瞬时表达可将中胚层前体转化为ECs，经Dox诱导的持续表达则能在皮层类器官中驱动整合性血管网络形成；LEF1作为Wnt效应因子进一步将通用内皮向BBB表型精化。信号调控层面，Wnt/β-catenin通路的精准时空调控可在肾类器官中从内部自发产生内皮细胞群，无需外源血管细胞掺入。
论文的价值与意义
本文的学术价值在于提供了一个统一的比较框架，将散见于不同器官系统的血管化策略纳入共同的评价体系，其核心观点是：2D与3D策略之间并非线性替代关系，而是依据研究目标在“实验可控性”与“生理保真度”之间进行策略性权衡。未来方向包括组织特异性ECs的系统性开发、移植后血管吻合效率的提升以及器官芯片平台与BVO融合策略的整合。随着BVO平台在可扩展性、基质标准化和传代稳定性方面的持续改进，基于同源iPSC的血管化组装体有望成为疾病建模与再生医学转化应用的核心工具。