奧地利科學院生物學家Sasha Mendjan和團隊使用人類多能干細胞培養(yǎng)出芝麻大小的心臟模型，又稱心臟線。它可以自發(fā)地進行組織，在不需要實驗支架的情況下發(fā)展出一個中空的心房。這項進展使得科學家創(chuàng)造出一些迄今為止最真實的心臟類器官。相關研究5月20日發(fā)表于《細胞》。

　　此前，科學家已經制造出3D心臟類器官，這種方法通常需要組裝細胞和支架，就像用磚塊和砂漿建造房子一樣。但是，這些類器官不能像人類心臟那樣對損害做出響應，因此往往不能作為良好的疾病模型。

　　“組織工程學在很多方面都非常有用，比如測量心臟收縮?！盡endjan說。但在自然界中，器官不是這樣形成的。在胚胎時期，器官通過一個叫做自組織的過程自發(fā)地發(fā)育。在該過程中，細胞模塊能相互作用，并隨著器官結構的出現和生長四處移動和改變形狀。

　　“自組織是自然界形成雪花晶體或鳥類群體行為的方式。這很難設計，因為似乎沒有計劃，但仍有一些非常有序和穩(wěn)健的東西出現了。”他說，“器官的自組織更有活力，很多事情我們不了解。我們認為這種‘隱藏的魔法’式發(fā)展，是目前疾病沒有被很好地建模的原因?！?/p>

　　Mendjan團隊想要在培養(yǎng)皿里模擬自組織發(fā)育。他們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，誘導干細胞自我組織。隨著細胞分化，它們開始形成不同的層——類似心臟壁的結構。經過一周的發(fā)育，這些類器官自組織成一個有封閉腔的3D結構，幾乎重現了人類心臟的自發(fā)生長軌跡。此外，研究小組還發(fā)現心臟壁狀組織能有節(jié)奏地收縮，擠壓腔內的液體。

　　“這并不是說我們在使用與其他研究人員不同的東西，而是我們在使用所有已知的信號?！盡endjan補充說。一直以來，研究人員認為并非需要所有途徑來直接引導干細胞成為心臟細胞，“所以他們想，‘好吧，它們在體外沒有必要?！聦嵶C明，所有途徑都是必要的。它們對細胞自我組織成器官非常重要?！?/p>

　　該團隊還測試了心臟類器官對組織損傷的反應。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟，并殺死該部位的許多細胞。細胞死亡通常是在諸如心臟病發(fā)作等損傷后觀察到的。研究小組立即發(fā)現，心臟成纖維細胞（一種負責傷口愈合的細胞）開始向損傷部位遷移，并產生修復損傷的蛋白質。

　　“我們希望該心臟模型能更自然地發(fā)展，從而預測疾病?！盡endjan說，“通過這種方式，制藥公司更愿意將更多藥物引入臨床試驗，因為他們對試驗結果能更確定?！?/p>

　　該團隊計劃培育具有多個腔室的心臟類器官，就像真正的人類心臟那樣。許多先天性心臟病發(fā)生在心室開始形成的時候，所以多腔模型將幫助醫(yī)生更好地了解缺陷是如何在胎兒中發(fā)展的。

　　相關文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.04.034

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