干細胞制造可跳動人工心臟：與心臟同尺寸

來源：生物谷作者：人氣：-發表時間：2015-07-27 10:04:00【大中小】

據國外媒體27日報道，研究人員用干細胞制造出一個跳動的小心臟，稱這項技術可能給醫學帶來一場革命。這種新型心臟將用于藥物測試，讓研究人員有機會深入了解心臟的發育過程。這個小心臟有微室，可像一個全尺寸心臟一樣“跳動”。

美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員同舊金山格萊斯頓研究所的科學家密切合作，培養出這個人工心臟。他們表示：“培養跳動心臟組織的模板產生一個系統，它可用于早期心臟發育的一個模型和讓懷孕更安全的一個藥物篩選工具。”

加利福尼亞大學伯克利分校生物工程學教授凱文-希利說：“我們認為，這是第一個體外說明人類心室發育過程的實例。這項技術可能幫我們快速篩選出可能產生心臟先天缺陷的藥物，指導我們確認哪些藥物對孕婦具有危險。”

希利和格萊斯頓心血管病研究所資深研究員同時又是加利福尼亞大學舊金山分校醫學遺傳學、細胞和分子藥理學教授的布魯斯-康克林博士聯合開展了這項研究。《自然通訊》雜志刊登了這項研究。這些研究人員用生物化學和生物物理學線索提示干細胞分化和自我組織成微室等微米級心臟組織。

為檢測將該系統用作藥物篩選工具的可能性，他們將這些分化細胞暴露在沙利度胺中。沙利度胺是一種產生嚴重出生缺陷的藥物。這些研究人員發現，在正常的治療劑量下，沙利度胺使微室出現異常發育，引發許多問題，例如微室變小和肌肉收縮。另外，相比沒有暴露在沙利度胺中的心臟組織，暴露其中的微室心率降低。

康克林說：“每年有28萬名孕婦暴露在可能造成胎兒危險的藥物中。最經常報告的出生缺陷和心臟有關。產生心臟缺陷的可能性最受關注，因為它決定了孕期的藥物安全。”這些研究人員指出，雖然這項研究關注于心臟組織，但用這項技術研究其他器官發育的可能性也很大。

希利說：“我們的研究主要集中在早期心臟發育上，但人類多功能干細胞發展格局的基本原則和隨后出現的細胞分化都可能產生大量不同的組織，為我們了解胚胎發生以及組織形態發生提供重要線索。”

希利和加利福尼亞大學伯克利分校其他研究人員首次對外公布了一個跳動人類心臟細胞的系統，它可能用于篩選藥物毒性。不到4個月后，希利又獲得這一具有里程碑意義的重大發現。在這項新研究中，科學家先用成年人皮膚組織進行了干細胞基因重組，模擬了人類組織的形成，然后培養出具有跳動人類心臟細胞的小室。

康克林在格拉斯頓的實驗室為這項研究提供了這些人類誘導多功能干細胞。該實驗室是一個一個獨立的非營利性生命科學研究機構，和加利福尼亞大學舊金山分校有合作關系。

這些研究人員將未分化的干細胞放到一個有循環圖案的表面上。這個表面有助于物理上調節細胞分化和生長。兩周結束時，這些開始于一個二維表面環境的細胞以脈動微室的形式呈現出一個3D結構。

另外，這些細胞進行自我組織。這取決于它們放在表面周邊還是中央。相比表面中央的細胞，邊緣細胞經歷了更大的機械壓力和張力，好像更像形成結締組織膠原蛋白的纖維母細胞。相比之下，中央細胞發育成心肌細胞。

研究報告主要作者同時又是加利福尼亞大學伯克利分校生物工程學博士后研究生的馬珍(Zhen Ma音譯)說：“這種空間分化自然出現在生物學中，但我們在體外演示了這一過程。這種有限的幾何圖案為引導心臟分化和一個跳動微室的形成提供了生物化學和生物物理學線索。”

開展這項新研究的科學家表示，制造早期心臟發育的模型很難在培養皿和組織培養板上完成。該研究領域通常和不同發育階段動物的解剖有關，目的是弄清楚器官的形成以及發育過程出錯的原因。

希利指出：“我們在研究中使用了源自病人的人類多功能干細胞，這意味著該研究領域的巨大變化。以前有關心臟微室的研究主要使用老鼠的心肌細胞。但對人類疾病來說，這是一個存在缺陷的模型。”


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