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“迷你”心臟類器官既可自主跳動也可以自身產(chǎn)生修復(fù)損傷的蛋白質(zhì)

2021-05-25 10:59:51 來源：科技日報

奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所的科學(xué)家利用人類多能干細(xì)胞培育出“迷你”心臟類器官，稱為“類心臟”，它們可以自行組織為心腔狀結(jié)構(gòu)而無需實驗支架，可自主跳動。這一成果可能會徹底改變對心血管疾病和先天性心臟病的研究，相關(guān)論文發(fā)表在近日的《細(xì)胞》雜志上。

缺乏良好的人類心臟生理模型是阻礙人們理解心臟疾病、開發(fā)再生療法的主要瓶頸。以前的組織工程學(xué)3D心臟類器官對損傷的生理反應(yīng)與人類心臟不同，往往不能作為良好的疾病模型。

在過去的十年里，自組織類器官領(lǐng)域為生物醫(yī)學(xué)研究帶來了革命性變化。然而，能夠重現(xiàn)發(fā)育和損傷反應(yīng)過程的心臟類器官研究卻一直沒有進展。

研究負(fù)責(zé)人薩沙·門德詹說：“要使體外組織完全具有生理性，它還需要經(jīng)歷器官的形成過程。”在胚胎中，器官通過自組織過程自行發(fā)育，在此過程中，細(xì)胞構(gòu)件相互作用，隨著器官結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和生長而四處移動并改變形狀。

此次，研究人員以特定的順序激活所有參與胚胎心臟發(fā)育的6個已知信號通路，誘導(dǎo)干細(xì)胞自行組織。隨著細(xì)胞的分化，它們開始形成獨立的層，類似于心壁結(jié)構(gòu)。經(jīng)過一周的發(fā)育，這些類器官自組成一個有封閉空腔的3D結(jié)構(gòu)——相當(dāng)于25天大的心臟。這種過程類似于人類心臟的自發(fā)生長軌跡。在這個階段，心臟只有一個心室，將成為成熟心臟的左心室。類器官直徑約為2毫米，包含這一發(fā)育階段常見的主要細(xì)胞類型：心肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和心外膜。

研究小組發(fā)現(xiàn)這顆“迷你”心臟有一個清晰的心室，可有節(jié)奏地收縮，從而擠壓腔內(nèi)的液體。其每分鐘跳動60到100次，這與相同年齡大小的心臟的速率相同。

此外，研究小組還測試了這一心臟類器官對組織損傷的反應(yīng)。他們用一根冰冷的鋼棒殺死了心臟類器官的部分細(xì)胞來模擬心臟病發(fā)作后的情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)傷口愈合的心臟成纖維細(xì)胞開始向損傷部位遷移，并產(chǎn)生修復(fù)損傷的蛋白質(zhì)。

今后，該研究小組還計劃培育出如同人類真實心臟一樣的具有多個腔室的心臟類器官。許多先天性心臟病是在其他腔室開始形成時發(fā)生的，因此多腔模型將幫助醫(yī)生更好地了解胎兒的心臟缺陷是如何形成的。

標(biāo)簽：心臟類器官跳動修復(fù) 心臟