來源：科技日報

       美國科學(xué)家對從人體皮膚提取的多能干細(xì)胞進(jìn)行遺傳重組，培育出了一顆擁有人的心臟細(xì)胞的微心室。這顆“小心臟”能像完整大小的心臟那樣跳動。研究人員表示，這種“迷你”器官可替代動物實驗，篩查新藥或測試藥物對嬰兒的影響，而且還將幫助科學(xué)家們揭示更多人體心臟形成和發(fā)育的秘密。

       該研究的合作者、加州大學(xué)伯克利分校生物工程學(xué)教授凱文•希利7月15日接受英國每日郵報采訪時說：“我們相信，這是首個在試管中培育出的人體微心室。這一技術(shù)或能幫助我們快速篩查出可能導(dǎo)致胎兒罹患先天性心臟病的藥物。”

       他與加州大學(xué)舊金山分校格拉德斯通心血管疾病研究所研究員布魯斯•康克林使用生物化學(xué)和生物物理學(xué)方法，促使干細(xì)胞分化并自我組織成這個包括微心室在內(nèi)的微型心臟組織。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《自然•通訊》雜志上。

       為了測試這套系統(tǒng)作為藥物篩查工具的潛力，研究人員讓正在分化的細(xì)胞同可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的先天缺陷的藥物利度胺(thalidomide)接觸。他們發(fā)現(xiàn)，在正常的治療劑量下，這一藥物會導(dǎo)致微心室的發(fā)育出現(xiàn)反常，包括大小不斷萎縮、肌肉收縮和心律降低等問題。

       康克林說：“每年約有28萬名孕婦接觸對胎兒產(chǎn)生潛在危險的藥物，其中，最常見的先天缺陷就包括心臟病，最新系統(tǒng)或許能大幅降低孕婦接觸有毒藥物的幾率。而且，盡管最新研究主要強(qiáng)調(diào)的是心臟組織，但新技術(shù)有潛力培育出其他身體器官。”

       此前，科學(xué)家們主要使用實驗鼠的心肌細(xì)胞來對心臟微組織進(jìn)行研究，但這并非理想的人類疾病研究模型。由人的干細(xì)胞發(fā)育而成的“迷你”心臟徹底改變了這一做法，未來將可以替代動物實驗。

       鳳凰科技訊 北京時間7月17日消息，據(jù)英國每日郵報報道， 研究人員使用干細(xì)胞創(chuàng)造了一個小型的搏動心臟——并表示它或可以革命化醫(yī)藥。這顆新心臟使得新型藥物可以被測試，并為研究人員提供了心臟是如何發(fā)育的新見解。這個小心臟甚至有微室，能夠像正常大小的心臟一樣“搏動”。

干細(xì)胞培育搏動的人工心臟組織

       美國加州大學(xué)伯克利分校的研究人員與美國格拉德斯通研究院的科學(xué)家們合作，他們表示利用干細(xì)胞培育搏動的心臟組織模板創(chuàng)造了一個新系統(tǒng)，后者可以作為早期心臟發(fā)育的模板，以及藥物篩查的工具使得懷孕更加安全。格拉德斯通研究院是加州大學(xué)舊金山分校附屬的一個獨立的非營利生命科學(xué)研究組織。

       “我們相信這是第一個展示在試管里培育人類心臟心室過程的例子，”研究合作高級作者、美國加州大學(xué)伯克利分校生物工程系教授凱文？希利(Kevin Healy)這樣說道，另一名高級作者是格拉德斯通心血管病研究所高級調(diào)查員、美國加州大學(xué)舊金山分校醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)和細(xì)胞和分子藥理學(xué)教授布魯斯？康克林(Bruce Conklin) 。“這項技術(shù)可以幫助我們快速篩選可能產(chǎn)生心臟先天缺陷的藥物，并指導(dǎo)做出哪些藥物可能在孕期非常危險的決策。”

產(chǎn)生心臟缺陷的潛在可能性是決定孕期藥物安全的最重要的問題

       在這項發(fā)表在期刊《自然•通訊》上的研究里，研究人員使用了生物化學(xué)和生物物理學(xué)線索來促進(jìn)干細(xì)胞分化并自我組織形成微米大小的心臟組織，包括微室。為了測試這個系統(tǒng)作為藥物篩查工具的潛力，研究人員將不同的細(xì)胞暴露在薩力多胺(一種安眠藥，鎮(zhèn)靜劑)下，這種藥物容易引起嚴(yán)重的先天缺陷。

       他們發(fā)現(xiàn)在治療劑量下，這種藥物會引發(fā)微室的異常發(fā)展，包括體積減小、肌肉收縮問題和較低的心率。“我們選擇藥物心臟發(fā)育毒性篩選來論證心臟微室的臨床相關(guān)應(yīng)用。” 康克林說道。“每一年，多達(dá)280000名懷孕婦女都暴露在具有潛在胎兒風(fēng)險的藥物下。最常見的先天缺陷涉及心臟，產(chǎn)生心臟缺陷的潛在可能性是決定孕期藥物安全的最重要的問題。”

       研究人員表示雖然這項研究關(guān)注于心臟組織，但將這項技術(shù)應(yīng)用于其它器官發(fā)育具有非常大的潛力。“我們的關(guān)注點在于早期心臟發(fā)育，但人類多能干細(xì)胞的樣式的基本原則，以及隨后分化是可以擴(kuò)展到更大范圍的組織類型里，用于理解胚胎形成和組織形態(tài)發(fā)生。” 希利說道。

       這一里程碑發(fā)生在希利和其它伯克利研究人員公開發(fā)布了一個芯片上的搏動人體心臟細(xì)胞系統(tǒng)后四個月，這個系統(tǒng)可以用于檢查藥物毒性。在這項新研究里，科學(xué)家們模仿了人類組織形成，首先使用了從成年人皮膚組織里提取的基因重新編碼的干細(xì)胞，形成能夠搏動的人類心臟細(xì)胞的小室。康克林的實驗室提供了研究所用的這些人體誘發(fā)多能干細(xì)胞。

       這些未分化的干細(xì)胞隨后被放置在一個圓形表面，后者調(diào)節(jié)了細(xì)胞分化和發(fā)展。在兩周后，生長在二維表面環(huán)境的細(xì)胞開始形成三維結(jié)構(gòu)，成為一個搏動的微室。此外，這些細(xì)胞會根據(jù)是否位于細(xì)胞群的周界還是中央而自我組織。與中央的細(xì)胞相比，邊界的細(xì)胞具有更大的機(jī)械壓力和張力，因此看起來更像纖維母細(xì)胞，后者形成了結(jié)締組織的膠原蛋白。而相比之下中央細(xì)胞形成了心臟肌肉細(xì)胞。

       “在生物學(xué)里這種空間分化是自然發(fā)生的，但我們首次在試管里實現(xiàn)了，”研究首席作者、美國加州大學(xué)伯克利分校生物工程博士后研究員馬鎮(zhèn)(Zhen Ma)這樣說道。“這種受限的幾何學(xué)樣式提供了生物化學(xué)和生物物理學(xué)線索，直接引導(dǎo)了心臟分化和一個搏動微室的形成。”

       在有蓋培養(yǎng)皿和細(xì)胞培養(yǎng)板里建模早期心臟發(fā)育是非常困難的。這一研究領(lǐng)域一般涉及在不同的發(fā)育階段對動物進(jìn)行解剖，從而研究器官的形成以及這個過程可能會出什么差錯。“我們在研究中使用了從病人身上采集的多能干細(xì)胞這一事實代表了這個領(lǐng)域的突變。” 希利說道。“之前的心臟微組織研究主要是使用老鼠心肌細(xì)胞，然而它是人類疾病的一個并不完美的模型。”