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“迷你”心臟類器官既可自主跳動(dòng) 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(bào)

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(shí)驗(yàn)支架，可自主跳動(dòng)。這一成果可能會(huì)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?yàn)樯镝t(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(jìn)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(dòng)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(gè)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(dú)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(gè)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(gè)階段，心臟只有一個(gè)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(gè)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(dòng)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(jì)劃培育出如同人類真實(shí)心臟一樣的具有多個(gè)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(shí)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(dòng) 修復(fù) 心臟