密歇根州立大學的研究人員，首次在實驗室中創(chuàng)建了微型人體心臟模型，該模型具有所有主要心肌細胞、腔室和血管組織的心臟正常運轉(zhuǎn)所需結(jié)構(gòu)。

圖｜在限定條件下模擬人類早期心臟發(fā)育的心臟類器官的產(chǎn)生（來源：bioRxiv）

在美國，心臟病是第一大死亡原因。密西根州立大學定量健康科學與工程研究所的高級作者兼生物醫(yī)學工程學助理教授埃托爾·阿奎爾（Aitor Aguirre）說：“這些微型心臟構(gòu)成了難以置信的強大模型，可以前所未有的精確度研究各種心臟疾病?！?/p>

目前，這項研究以《在特定條件下模擬人類早期心臟發(fā)育的心臟器官的生成》（Generation of Heart Organoids Modeling Early Human Cardiac Development Under Defined Conditions）為標題發(fā)表在 bioRxiv 預印本上。

據(jù)悉，人類心臟類器官簡稱 hHOs，是通過模仿胚胎和胎兒發(fā)育環(huán)境的新型干細胞框架創(chuàng)建的。該研究的第一作者，阿奎爾實驗室的研究生尤納坦·以色列（Yonatan Israel）表示，類器官意思是“類似于器官”，它是自組裝的 3D 細胞構(gòu)造，可以在很大程度上概括器官的特性和結(jié)構(gòu)。

這項研究采用了生物工程過程，該過程利用誘導的多能干細胞（通過發(fā)病成年細胞，觸發(fā)培養(yǎng)皿中的胚胎樣心臟發(fā)育而來）在幾周后產(chǎn)生功能性迷你心臟。這些干細胞已經(jīng)從病人那里獲得授權(quán)，因此沒有道德方面的顧慮。

阿奎爾說：“這一過程使干細胞基本上可以像在胚胎中那樣，發(fā)育成心臟中的各種細胞類型和結(jié)構(gòu)?！庇捎陬惼鞴僮裱匀坏男呐K胚胎發(fā)育過程，因此研究人員實時研究了實際胎兒心臟的自然生長。

與當前昂貴、費力且不易擴展的組織工程方法相比，該技術(shù)可以更容易地同時創(chuàng)建多個 hHO。胎兒心臟發(fā)育和先天性心臟缺陷研究面臨的主要問題之一，正是獲得心臟發(fā)育的機會。此前，研究人員僅使用哺乳動物模型，如捐贈胎兒遺體和體外細胞來進行研究。

但是本次研究給這一局面帶來改變，阿奎爾說：“現(xiàn)在，我們可以兩全其美了，無需使用胎兒材料或違反道德原則就可以研究一種精確的人體模型，即通過一顆微小的人的心臟。這是向前邁出的一大步?！?/p>

因為該心臟類器官可以顯示胎兒心臟如何發(fā)展的前所未有的細節(jié)。阿奎爾表示：“在實驗室中，我們目前正在使用心臟類器官來模擬先天性心臟病，這是人類中最常見的先天性缺陷，影響了近 1％ 的新生兒?！?“有了心臟類器官，我們就可以研究先天性心臟病的起源并找到阻止其發(fā)展的方法?！?/p>

盡管 hHO 很復雜，但遠非完美。對于該團隊而言，改進最終的類器官，是未來研究的一個重點。類器官是胎兒心臟的小模型，具有代表性的功能和結(jié)構(gòu)特征。但是，它們還沒有人類的心臟完美。這也正是該團隊正在努力的方向。

阿奎爾所在團隊對這些微型心臟的廣泛適用性感到非常興奮。它們具有前所未有的能力，因此可用來研究與心血管有關(guān)的疾病，比如化療引起的心臟疾病、妊娠期糖尿病對胎兒心臟發(fā)育的影響等。

來源：麻省理工科技評論