器官移植仍是目前治疗终末期肝病的唯一方法。受制于供体不足以及器官捐献观念局限，器官移植严重短缺而限制了有效治疗，因此迫切需要开发人类肝类器官（LO）移植作为器官移植的替代方案。

目前已知，胎儿细胞和组织具有相当大的治疗潜力。然而，胎儿材料严重短缺，且存在伦理道德问题。相比之下，由人iPS细胞衍生的类器官模型，可以安全有效、高度模拟人类胚胎样细胞和组织，成为研究肝病的良好体外模型。

近日，日本横滨市立大学谷口英树（Hideki Taniguchi）教授带领的科研团队，利用人类诱导多能干细胞（hiPSC）培育出一种新型的肝脏类器官（LO），这个hiPSC-LO模型能模拟中期妊娠胎儿肝脏的特征，并在移植到宿主肝脏表面时促进新的肝脏组织生成。

研究表明该模型具有促性肝脏再生和恢复功能的潜力，给肝纤维化的实验鼠移植这种人造肝脏类器官可以改善肝纤维化症状。研究结果为利用hiPSC-LO移植治疗肝纤维化提供了一种充满希望的新方法，为未来的临床应用开辟了新路径。

肝脏类器官表面移植

或成晚期肝病治疗新路径

再生医学类器官技术的出现，成为解决器官移植供体短缺问题的有潜力的、可行性替代疗法。例如，利用人类诱导多能干细胞（hiPSC）无限生成类似胎儿的细胞和组织。

由日本横滨市立大学医学研究生院器官再生医学教授谷口英树（Hideki Taniguchi）带领的科研团队，对胎儿样肝脏类器官研究已颇有建树。

此前，通过精确模拟早期肝脏发育过程，作者曾成功地从hiPS细胞培育出hiPSC-肝芽（LB），并发现将其移植到亚急性肝衰竭的小鼠模型中能有效提升小鼠的存活率，证实了胚胎类组织在治疗中的潜力。

△ 二甲基亚硝胺(DMN)致肝功能衰竭模型的建立

而在这次最新研究中，要将胎儿阶段器官发生的机制应用于成人疾病的再生疗法，重点应放在胚胎器官中的细胞间相互作用上，这种相互作用可激活与细胞分化和血管生成相关的各种信号通路。

当血液灌注建立时，来自卵黄囊的造血前体细胞和来自主动脉、生殖腺和中肾区域的造血干细胞会进入胎儿肝脏，将胎儿肝脏转变为造血组织，其中造血细胞、肝祖细胞和间充质细胞（MC）之间的相互作用调节它们的增殖和分化。

造血细胞之间的相互作用，如巨噬细胞（MF）在红细胞岛中形成的特殊微环境，在红细胞分化中起到了关键作用。在恢复期，MF表达抗炎因子和基质金属蛋白酶（MMP），可降解胶原纤维并修复肝纤维化。

研究人员指出，胎儿肝脏中的巨噬细胞（MF）表现出M2型巨噬细胞（M2-MF）的特征，具有抗炎特性并可参与组织修复，这表明胎儿肝脏组织可以通过发挥免疫调节功能来维持富含M2-MF的微环境。

鉴于此，炎症相关的难治性疾病（如肝纤维化）可以通过移植hiPSC衍生的肝脏类器官（hiPSC-LO）来治疗，这些LO可以存活很长时间并可能保留胎儿器官的免疫调节活性。

△ 体外his psc-LO的组织学分析

胎儿肝脏是一种造血组织，与成人肝脏相比，胎儿肝脏高表达巨噬细胞募集因子和抗纤维化的M2巨噬细胞极化因子，由于CD163+M2-巨噬细胞极化而导致纤维化减轻。

研究发现，将再现妊娠中期胎儿肝脏的hiPSC-LO类器官模型移植到化学系肝纤维化的大鼠肝脏表面后，通过重塑宿主肝脏微环境，特别是通过巨噬细胞（MF）的募集和分化为M2型巨噬细胞（M2-MF），可有效改善肝纤维化并促进肝功能的恢复。

△ 图S7大鼠肝表面移植hiPSC-肝类器官后的组织学分析及其对肝功能衰竭的治疗作用

抗炎M2-MF的诱导，不仅对于慢性纤维化肝病的改善至关重要，而且对于肝硬化患者术后干预中常见的急性肝功能衰竭也具有潜在治疗价值。

将hiPSC-LO移植应用在脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎（MASH/NASH）患者的治疗将是未来研究的重要方向，这些患者肝脏中的因脂质聚集而引发的长期炎症将有可能通过调节免疫微环境得到缓解，从而为MASH/NASH的治疗提供新策略。

另外，研究人员还提出了一种将肝脏类器官（LO）固定在肝脏表面的移植方法，相较于传统的肝内移植，此法在汁引流至宿主肝胆管系统以及处理移植物体积容量方面展现出明显优势。

研究结果表明，LO移植后胎儿肝脏体积的增加和辅助肝功能的强化，揭示了构建能够辅助肝脏功能的副肝的潜在医疗价值。与常规的肝芽（LB）移植相比，hiPSC-LO移植不仅包含肝细胞，还展现出胆管结构和肝窦结构等更为高级的肝脏组织特征，并伴有类似Disse间隙的空间结构，这些发现为生成功能性副肝提供了希望。

综上所述，由hiPSC衍生的肝脏类器官具有促进肝脏功能恢复的潜力，通过表达CD163的M2巨噬细胞，有助于缓解肝纤维化。通过先进的细胞融合技术，培育出类似于妊娠中期胎儿肝脏的hiPSC-LO模型，在肝脏表面移植后，形成了包含肝细胞、血管和胆管的复杂结构，展现出更优越的肝功能，并有效提升了受体的存活率和肝功能。在临床角度看，hiPSC-LO移植为治疗肝纤维化提供了一种充满希望的新方法，为终末期肝硬化患者开辟了更为可行的治疗新思路。

iPSC-类器官技术

在肝领域的广泛应用

2012年，山中伸弥（Shinya Yamanaka）教授作为诱导多能干细胞（iPSC）技术的创始人，获得诺贝尔生理学或医学奖。iPSC技术通过特定的基因重编程过程，使得干细胞具有了分化成多种细胞类型的潜力。这一突破性成就为研究研究细胞发育、疾病模型构建以及细胞治疗提供了新的工具和方法，还有助于解决器官移植中的供体短缺问题，有望开发出具有治疗潜力的人工组织和器官，实现修复和再生。

在肝脏类器官研究方面，iPSC技术为模拟肝脏疾病、研究肝脏发育和再生机制提供了重要的实验依据。

2013年，谷口英树（Hideki Taniguchi）教授和武部贵则（Takanori Takebe）研究员在世界上首次利用iPS细胞培育出具有血管构造功能的肝芽（iPSC-LB），该研究成果在《Nature》发表。[2]

△ iPS细胞培育的带芯片肝芽

他们发现了最适合肝芽培养和移植的方法，并成功制造了大量的迷你肝脏。高度代谢的iPSC 衍生组织可执行肝脏特异性功能，例如蛋白质产生和人类特异性药物代谢，而无需受体肝脏替代物。

作为世界上第一份证明由多能干细胞产生功能性人体器官的研究，iPSC衍生类器官为终末期肝病患者治疗提供了新思路，这种器官芽移植的概念验证演示为研究再生医学提供了一种有前途的新方法，并为后续的科学研究奠定了理论依据和实验基石。

2019年9月，来自日本和美国的研究团队利用iPSC成功同时培养出肝脏、胆管和胰脏3种互相连接的类器官模型，在全球尚数首次！该研究发表在Nature杂志。[3]

值得一提的是，这一突破性成果由辛辛那提儿童医院儿科助理教授和横滨实力大学再生医学副教授武部贵则（Takanori Takebe）博士及NYSCF-Robertson干细胞研究员共同领导完成。实验表明3个类器官系统可以更准确地描述肝病中的细胞行为，将有助于患者特异性的肝病研究、诊断和研究。

△ 世界首例肝胆胰类器官模型（肝脏：红色；胆管：绿色；胰腺：黄色；肠道：其他颜色）

武部贵则（Takanori Takebe）博士表示“连通性是其中最重要的部分，我们正在最大限度地提高科研能力，使多个器官变得更像我们的身体一样”。更多地了解肝病早期阶段的问题将有助于科学家开发新的治疗方法。

2020年6月，匹兹堡大学医学院的研究人员使用iPSC构建了功能完备的人工微型肝脏，并成功移植到大鼠中存活了四天！[4]

△ 源自 iPSC 的工程化人肝移植物的辅助肝移植（图B：移植后三到四天显微镜下发现 iPSC-肝移植物）

研究人员利用hiPSC-肝细胞重新填充了实质，而且还用hiPSC-内皮细胞填充了血管系统，用hiPSC-胆管上皮细胞填充了胆管网络。这样，这个微型肝脏就像正常肝脏一样，会分泌胆汁酸和尿素，而在自然环境中肝脏成熟需要长达两年的时间。

这个开创性研究表明，利用iPSC技术构建类器官进行肝移植的重大进步，实验室培育类器官成为替代器官移植供体的积极探索。

近日，北京中医药大学等研发团队在发表学术论文[5]，证实人类诱导多能干细胞（hiPSC）分化的功能性肝胆类器官（HBO）移植在终末期肝脏疾病治疗中的重要作用。

研究人员开发了一种技术，通过添加主要由胆固醇和其他小分子组成的特殊制备的胆固醇+MIX，允许人类诱导多能干细胞（hiPSCs）在不使用外源细胞或基因操作的情况下产生功能性肝胆类器官（Hepatobiliary Organoids，HBO）。

△ 在最优条件下建立功能性人诱导多能干细胞来源的HBO

通过体内移植HBO后成功修复受损的、纤维化的肝脏，实验揭示了HBO移植在治疗肝纤维化中的关键作用和潜在的治疗机制，为未来的疾病研究和临床转化应用奠定了基础。

总之，iPSC类器官技术在再生医学、器官移植和疾病治疗等方面展现出巨大的潜力。它不仅能够提供新的治疗手段，改善患者的生活质量，还能够推动医学研究的深入发展，为未来的医学进步奠定基础。随着技术的不断成熟和应用的广泛拓展，iPSC类器官技术有望在未来的医学领域发挥更加重要的作用，开辟更多开创性、可行性治疗新思路。