密歇根州立大學(xué)的研究人員，首次在實(shí)驗(yàn)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(xì)胞、腔室和血管組織的心臟正常運(yùn)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(xué)定量健康科學(xué)與工程研究所的高級(jí)作者兼生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)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(qiáng)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(xiàng)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(biāo)題發(fā)表在 bioRxiv 預(yù)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(xì)胞框架創(chuàng)建的。該研究的第一作者，阿奎爾實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xiàng)研究采用了生物工程過程，該過程利用誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞（通過發(fā)病成年細(xì)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(xì)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(xì)胞基本上可以像在胚胎中那樣，發(fā)育成心臟中的各種細(xì)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(shí)時(shí)研究了實(shí)際胎兒心臟的自然生長。

與當(dāng)前昂貴、費(fèi)力且不易擴(kuò)展的組織工程方法相比，該技術(shù)可以更容易地同時(shí)創(chuàng)建多個(gè) 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(jī)會(huì)。此前，研究人員僅使用哺乳動(dòng)物模型，如捐贈(zèng)胎兒遺體和體外細(xì)胞來進(jìn)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。”

因?yàn)樵撔呐K類器官可以顯示胎兒心臟如何發(fā)展的前所未有的細(xì)節(jié)。阿奎爾表示：“在實(shí)驗(yàn)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(fù)雜，但遠(yuǎn)非完美。對(duì)于該團(tuán)隊(duì)而言，改進(jìn)最終的類器官，是未來研究的一個(gè)重點(diǎn)。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(tuán)隊(duì)正在努力的方向。

阿奎爾所在團(tuán)隊(duì)對(duì)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(duì)胎兒心臟發(fā)育的影響等。

來源：麻省理工科技評(píng)論