为什么血管形成后仍会退化
心脏组织需要持续的物质交换，因此，人源心脏模型不仅要有心肌细胞，还需要能够维持的血管结构。2024 年发表于 Cell Stem Cell 的研究聚焦这一问题：内皮细胞与支持细胞能够形成血管，但加入心肌细胞后，原有网络反而可能逐渐退化。研究团队希望找出能够同时支持血管和心肌功能的细胞组合。
多伦多大学（University of Toronto）等机构的研究者采用人脐静脉内皮细胞、牙髓干细胞及多能干细胞来源心肌细胞。牙髓干细胞在这里发挥类似血管周支持细胞的作用。随后加入的原始巨噬细胞具有卵黄囊样发育特征，研究依据是组织驻留巨噬细胞参与局部稳态。
3 种平台分别检测血管结构、收缩与灌流
研究采用 3 种平台：纤维蛋白三维组织用于比较细胞组合与血管形成，Biowire 平台通过柔性线的偏转测量心肌收缩，iFlow 平台则用于检验血管能否灌流。
作为基础比较，内皮细胞单独培养时仅形成少量微血管，加入牙髓干细胞后，血管长度、分支和基质支持得到改善。但在此基础上再加入心肌细胞，血管网络出现退化。改变心肌细胞占比及总细胞密度后仍观察到相关趋势。
巨噬细胞改善血管的持续性
加入原始巨噬细胞后，组织中的血管可保持完整约 2 周，血管密度、交汇点数量和平均长度提高，空隙分布也发生改善。成像显示，巨噬细胞分布在血管周围，有时围绕血管或位于不同血管段之间。
当巨噬细胞与其他细胞隔开培养时，促进血管形成的效果减弱；直接混合进入组织时改善更明显。研究还在不同心肌细胞来源中观察到相近趋势。与此同时，组织自发搏动的同步性提高。
可灌流血管、收缩力与刺激频率
在 iFlow 平台中，研究者用示踪分子和微粒观察液体是否通过血管腔。有巨噬细胞组的组织均形成了可灌流、未见明显示踪物泄漏的血管网络；无巨噬细胞组只有 25% 的组织形成可灌流结构。将心肌细胞换为心脏类器官后，巨噬细胞也提高了可灌流血管密度并降低通透性。
Biowire 的结果显示，按初始心肌细胞数归一化后，加入巨噬细胞的组织收缩力更强，组织直径没有显著差异。在同时接种的实验中，该组第 1 周的兴奋阈值高于仅含心肌细胞和牙髓干细胞的对照；能够跟随的最高刺激频率在第 1、2 周均高于两个对照组。
细胞损伤指标、分泌组与间质细胞变化
研究检测到，有巨噬细胞的组织释放到培养液中的游离线粒体 DNA 和乳酸脱氢酶减少，提示细胞损伤减轻。分泌物分析还发现，与血管形成、细胞外基质重塑和心肌支持有关的因子增加。
单核 RNA 测序显示，牙髓干细胞和成纤维细胞中与血管形成有关的通路增强。HGF 在牙髓干细胞中的表达升高，IGFBP7 则在牙髓干细胞和成纤维细胞中升高；分泌组也检测到相应蛋白增加。作者据此提出，巨噬细胞可能通过改变间质细胞的状态促进血管维持。
作者采用单核测序，是为了区分各细胞类型的变化，减少新增巨噬细胞对整体 RNA 组成的影响，再将各类细胞的表达变化与培养液中的分泌蛋白进行比较。
细胞通讯分析提示，巨噬细胞提供的细胞外基质成分可能通过整合素等受体参与黏附和迁移。分泌组与单核测序共同发现 39 个上调的对应分子，涉及细胞黏附、VEGFA 信号和基质组织等过程。研究也检测到抑制血管生成的因子增加，作者据此认为，稳定血管需要促进与抑制信号之间的平衡。
细胞来源与后续机制研究
研究选用了表型稳定、已有血管化研究基础的牙髓干细胞和人脐静脉内皮细胞，以减少细胞成熟度及分化效率波动对实验的影响。
作者指出，研究尚未直接评价巨噬细胞影响电生理及代谢的具体机制，采用相同遗传背景细胞的比较也有待开展。长期维持血管化心脏组织的能力，可为后续疾病与药物研究提供基础。将这种组织用于损伤后的心脏修复，还需要进一步的移植研究。