最近，英國Gladstone研究所的科學(xué)家們，發(fā)明了一種新的方法，用干細胞培育出三維的人體心臟組織。這種組織可用于模擬疾病和測試藥物，從而為治療心臟病的精密醫學(xué)方法，開(kāi)辟了新的途徑。雖然目前有用心臟細胞培育三維組織的技術(shù)，但是，這種新方法大大減少了所需的細胞數量，從而使它成為一種更簡(jiǎn)單、更便宜和更高效的系統。相關(guān)研究結果發(fā)表在最近的Nature子刊《ScientificReports》。Gladstone研究院高級研究員BruceRConklin和加州大學(xué)伯克利分校的KevinE.Healy是本文共同通訊作者。

　　本文第一作者、Conklin實(shí)驗室的博士后NathanielHuebsch指出：“我們用一種很容易被復制的方法，培育出了生物工程的微尺度心臟組織，這將使干細胞生物學(xué)和藥物產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)家能夠在適當的情況下研究心臟細胞。反過(guò)來(lái)，這將促使我們開(kāi)發(fā)治療心臟病的新方法。”

　　用患者皮膚細胞來(lái)源的誘導多能干細胞（iPSCs）制備心臟細胞，可使科學(xué)家能夠研究和測試病人特定疾病的藥物。然而，由iPSCs制成的細胞相對不成熟，相比較成人體內的細胞，它更類(lèi)似于胚胎中的心臟細胞。同樣地，這些細胞用于藥物測試是不夠的，因為它們不能正確預測一種藥物如何影響成人心臟細胞。此外，用iPSCs制備心臟細胞具有挑戰性，所以大量制備是很困難的。因此，需要的細胞越少越好。

　　迷你心肌組織可解決這兩個(gè)問(wèn)題。迫使細胞組織并拉伸成三維組織，可幫助刺激發(fā)育，并催使它們像更成熟的細胞，可以更好地預測一種藥物如何影響成人心臟細胞。此外，與其他組織工程技術(shù)相比，這種新方法制備組織所需要的細胞少了一千倍。使用更少的細胞，可讓科學(xué)家們用相同數量的資源，做更多的試驗。

　　研究人員與加州大學(xué)伯克利分校的KevinHealy博士合作，首先用iPSCs制備了心肌細胞和結締組織細胞。然后，他們將這些細胞放入一個(gè)特殊的培養皿中，其形狀像一個(gè)小的狗骨頭。這種獨特的形狀，可促使細胞自組織塑造成細長(cháng)的肌肉纖維。幾天之內，微型組織在結構和功能上都類(lèi)似于心肌。例如，當研究人員測試組織如何響應某些藥物時(shí)——可損害胎兒心臟細胞而不是成人心臟細胞，這些迷你心肌組織表現得更像成人心臟組織。

　　本文資深作者、Gladstone研究院高級研究員BruceConklin表示：“這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于，它非常容易和穩健，但它仍然能讓我們培育出和正常組織一樣功能的三維微型組織。我們的研究顯示，你可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的模板，利用這些細胞的固有特性進(jìn)行自組織，制備這些復雜的組織。我們認為，微型心肌將提供一種優(yōu)越的資源用于研究，以及開(kāi)發(fā)心臟病療法。”

　　早在2013年，美國科學(xué)家就用人類(lèi)干細胞培育出能夠跳動(dòng)的老鼠心臟，為培育需要移植的器官帶來(lái)新的曙光（科學(xué)家用干細胞培育出跳動(dòng)的心臟）。2013年11月19日在生物醫學(xué)雜志PNAS上發(fā)表的一項基礎研究，鑒定了與心臟功能緊密相關(guān)的理想結構和細胞比率。研究者利用組織收縮的計算模型和結合微加工約束的總成力學(xué)，設計了人多能干細胞（hPSC）來(lái)源的均衡的、功能性的心臟微組織。這項發(fā)現也指引研究者首次構建了第一例與心律不齊有關(guān)的三維循環(huán)組織活體模型。

　　2014年10月，京都大學(xué)山下潤教授率領(lǐng)的研究小組日前宣布，他們利用人類(lèi)誘導多功能干細胞（ips細胞），首次成功培育出了由心肌和血管等數種細胞組成的心臟組織細胞層。這有望用于對心臟病患者進(jìn)行再生醫療。去年7月，加州大學(xué)伯克利分校的研究人員，與Gladstone研究所的科學(xué)家合作，開(kāi)發(fā)出一種模板，利用干細胞制備跳動(dòng)的心臟組織，從而創(chuàng )建了一種系統，可以作為早期心臟發(fā)育模型，以及讓?xiě)言懈踩囊环N藥物篩選工具。