类器官正在从“细胞团”向“微型器官”发展。

但一个问题也越来越重要：

我们如何真正看清一个活的三维类器官内部？

发表于 Advanced Science 的一项研究中，研究团队构建了血管化人肝类器官（vascularized human liver organoids，3HLOs），并进一步建立3HLOs-on-chip模型，用于模拟酒精性肝损伤和开展保肝药物研究。

在这一过程中，研究人员使用了 Tomocube HT-X1全息断层成像系统（Holotomography, HT），对血管化肝类器官进行三维活细胞成像。

01 构建一个更接近真实肝脏的类器官

研究团队将三种细胞进行共培养：

• 人肝细胞样细胞（hrHL）
• 人脐静脉内皮细胞（HUVEC）
• 人脐带间充质干细胞（HUMSC）

最终形成血管化肝类器官——3HLOs。

免疫荧光结果显示，类器官内部形成了明显的CD31⁺血管样结构和CK19⁺胆管样结构。相比单纯的肝细胞类器官，3HLOs表现出更加成熟的肝脏功能。

• A) 3HLOs 形成过程示意图：由 hrHL 细胞、HUVECs、HUMSCs 共培养构建 3HLOs，类器官内部形成管腔结构。
• B、C) B 为 3HLOs 接种后 6 h、第 1、2、3、5 d 的明场图像；C 为 3HLOs 投影面积统计学分析。Scale bar: 50 µm。
• D) 活细胞示踪标记 3HLOs 形成过程中 hrHL（红色）、HUMSC（蓝色）、HUVEC（绿色）的荧光图像。Scale bar: 50 µm。
• E) 3HLOs 免疫荧光染色：AFP（胎肝标志物）、E-CAD（上皮标志物）、EpCAM & CK19（肝内胆管标志物）、ALB（肝脏合成功能标志物）、Ki67（增殖标志物）。第二行白色箭头指示 EpCAM & CK19 阳性类管腔结构。Scale bar: 50 µm。
• F) PAS 染色，黑色方框标注类管腔结构。Scale bar: 50 µm。
• G) 3HLOs 对吲哚菁绿与 Rho-123 的摄取及外排实验成像。Scale bar: 50 µm。
• H) 3HLOs HE 染色。Scale bar: 50 µm。
• I) 3HLOs CD31（血管标志物）、CK19（胆管标志物）、DAPI（细胞核）免疫荧光染色。白色箭头标注的 CD31 阳性血管样结构与 CK19 阳性胆管样结构在 3HLOs 内部相互交织。Scale bar: 20 µm。
• J) 全息断层成像系统对 3HLOs 内部结构可视化成像。箭头标注结构及右侧放大区域分别为细胞核（红色）、线粒体（橙色）、溶酶体（黄色）、脂滴（绿色）、胆管样结构（蓝色）。Scale bar: 50 µm。
• K) rHLOs 与 3HLOs 转录组分析结果：左侧和弦图分析，右侧点图分析。数据以小提琴图呈现，实线为中位数，虚线为四分位距。

02 Tomocube：看清类器官内部的三维结构

有了免疫荧光，研究人员已经可以知道：“这里有血管、这里有胆管。”但对于一个复杂的三维活类器官来说，还需要进一步知道：这些结构在三维空间中究竟如何组织？这正是Tomocube HT发挥作用的地方。研究人员使用HT-X1全息断层成像系统对3HLOs进行三维活细胞成像，通过Holotomography获得细胞内部的三维折射率信息，观察类器官内部的：

• 全息断层成像系统对 3HLOs 内部结构可视化成像。箭头标注结构及右侧放大区域分别为细胞核（红色）、线粒体（橙色）、溶酶体（黄色）、脂滴（绿色）、胆管样结构（蓝色）。Scale bar: 50 µm。

03 为什么类器官研究特别需要3D成像？

类器官最大的特点就是：它本身就是三维的。传统二维显微镜看到的往往只是某一个焦平面，而Holotomography可以对整个样品进行三维重建。更重要的是，HT并不是简单地“拍一张3D照片”。它基于细胞和细胞器的折射率差异获取三维信息，因此能够在无需荧光标记的情况下观察活细胞内部结构，并进一步进行定量分析。

这也让Tomocube与传统荧光成像形成了很好的互补：

04 从“看起来像肝脏”到“真正模拟肝损伤”

研究团队进一步将3HLOs与微流控芯片结合，建立3HLOs-on-chip。通过模拟乙醇暴露，研究人员观察到了典型的酒精性肝损伤特征，包括：氧化应激增加、线粒体功能异常、细胞死亡增加以及血管屏障功能下降。这说明该模型不仅具有类似肝脏的三维结构，也能够用于模拟真实疾病过程。最终，研究进一步验证了其在酒精性肝损伤研究和保肝药物评价中的应用潜力。

• A) 左侧为3HLOs酒精性肝损伤（ALI）模型示意图，右侧为3HLOs器官芯片损伤模型示意图。
• B–D) 乙醇处理组（EtOH组）与空白对照组（Ctrl组）3HLOs分别经DCFH-DA（ROS探针）(B)、JC-10（线粒体膜电位探针）(C)、Calcein-AM（活细胞绿色、死细胞红色）(D)染色后的荧光图像。Scale bar: 50 µm。
• E–G) 乙醇处理组（EtOH组）与空白对照组（Ctrl组）3HLOs器官芯片分别经DCFH-DA (E)、JC-10 (F)、Calcein-AM (G)染色后的荧光图像。Scale bar: 50 µm。
• H–J) 左侧3HLOs体系、右侧3HLOs器官芯片体系中，对照组与乙醇处理组ROS/DAPI比值、JC-10红/绿荧光比值、活细胞绿色/死细胞红色比值的统计学分析，n = 9。* p < 0.05；** p < 0.01；*** p < 0.001；**** p < 0.0001。
• K) 检测乙醇处理组（EtOH组）与空白对照组（Ctrl组）3HLOs（左）及3HLOs器官芯片（右）上清液中ALT、AST含量，n = 9。ns P >0.05；* p < 0.05。
• L) 向3HLOs器官芯片主通道灌注70 kDa葡聚糖后，乙醇组与对照组主通道血管荧光成像（左）及血管通透性统计结果（右）；基于泊松方程计算70 kDa大分子渗漏率，n = 5。ns P > 0.05；* p < 0.05。Scale bar: 5 µm。
• M、N) 乙醇组与对照组主成分分析（PCA）及GO蛋白代谢通路富集分析，n = 4。数据以小提琴图展示，实线为中位数，虚线为四分位距。

从二维到三维，从固定到活体

这项研究展示了一个很有意思的技术组合：类器官构建→ 免疫荧光验证组织结构→ Tomocube HT 观察活体三维结构→ 器官芯片模拟疾病环境→ 药物评价

其中，Tomocube HT 承担的是一个非常独特的角色：

让研究人员能够在不依赖荧光标记的情况下，从三维活细胞和亚细胞尺度观察复杂类器官。

随着肝类器官、脑类器官、肿瘤类器官以及器官芯片研究不断发展，“如何看清活的三维组织”正在成为类器官研究中的重要问题。而Holotomography，正在为这个问题提供一种新的观察方式。

更多完整研究细节，可检索下方引文信息查阅原文。

文献：Yang K., Chu X., Wang X., et al. Novel Vascularized Human Liver Organoids for Modeling Alcohol-Induced Liver Injury and Developing Hepatoprotective Therapy.Advanced Science, 2026. DOI: 10.1002/advs.202511169

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