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心臟模型發(fā)育的再現(xiàn)性。圖片來源：Sasha Mendjan等

奧地利科學(xué)院生物學(xué)家Sasha Mendjan和團(tuán)隊(duì)使用人類多能干細(xì)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(jìn)行組織，在不需要實(shí)驗(yàn)支架的情況下發(fā)展出一個(gè)中空的心房。這項(xiàng)進(jìn)展使得科學(xué)家能創(chuàng)造出一些迄今為止最真實(shí)的心臟類器官。相關(guān)研究5月20日發(fā)表于《細(xì)胞》。

此前，科學(xué)家已經(jīng)制造出3D心臟類器官，這種方法通常需要組裝細(xì)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(duì)損害作出響應(yīng)，因此往往不能作為良好的疾病模型。

“組織工程學(xué)在很多方面都非常有用，比如測(cè)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(shí)期，器官通過一個(gè)叫做自組織的過程自發(fā)地發(fā)育。在該過程中，細(xì)胞模塊能相互作用，并隨著器官結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和生長四處移動(dòng)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(shè)計(jì)，因?yàn)樗坪鯖]有計(jì)劃，但仍有一些非常有序和穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了?！盡endjan說，“器官的自組織更有活力，很多事情我們不了解。我們認(rèn)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(tuán)隊(duì)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(gè)已知信號(hào)通路，誘導(dǎo)干細(xì)胞自我組織。隨著細(xì)胞分化，它們開始形成不同的層——類似心臟壁的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過一周的發(fā)育，這些類器官自組織成一個(gè)有封閉腔的3D結(jié)構(gòu)，幾乎重現(xiàn)了人類心臟的自發(fā)生長軌跡。此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)心臟壁狀組織能有節(jié)奏地收縮，擠壓腔內(nèi)的液體。

該團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了心臟類器官對(duì)組織損傷的反應(yīng)。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟類器官，并殺死該部位的許多細(xì)胞。通常在心臟病發(fā)作等損傷后人們能觀察到細(xì)胞死亡。研究小組立即發(fā)現(xiàn)，心臟成纖維細(xì)胞（一種負(fù)責(zé)傷口愈合的細(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)。

“我們希望該心臟模型能更自然地發(fā)展，從而預(yù)測(cè)疾病?！盡endjan說，“通過這種方式，制藥公司愿意將更多藥物引入臨床試驗(yàn)，因?yàn)樗麄儗?duì)試驗(yàn)結(jié)果更確定。”（馮維維）