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干细胞制造可跳动人工心脏:与心脏同尺寸!

干细胞制造可跳动人工心脏:与心脏同尺寸

建材网 研究人员用干细胞制造出一个跳动的小心脏,称这项技术可能给医学带来一场革命。 这种新型心脏将用于药物测试,让研究人员有机会深入了解心脏的发育过程。这个小心脏有微室,可像一个全尺寸心脏一样“跳动”。
      研究人员用干细胞制造出一个跳动的小心脏,称这项技术可能给医学带来一场革命。 这种新型心脏将用于药物测试,让研究人员有机会深入了解心脏的发育过程。这个小心脏有微室,可像一个全尺寸心脏一样“跳动”。

  美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员同旧金山格莱斯顿研究所的科学家密切合作,培养出这个人工心脏。他们表示:“培养跳动心脏组织的模板产生一个系统,它可用于早期心脏发育的一个模型和让怀孕更安全的一个药物筛选工具。”

  加利福尼亚大学伯克利分校生物工程学教授凯文-希利说:“我们认为,这是第一个体外说明人类心室发育过程的实例。这项技术可能帮我们快速筛选出可能产生心脏先天缺陷的药物,指导我们确认哪些药物对孕妇具有危险。”

  希利和格莱斯顿心血管病研究所资深研究员同时又是加利福尼亚大学旧金山分校医学遗传学、细胞和分子药理学教授的布鲁斯-康克林博士联合开展了这项研究。《自然通讯》杂志刊登了这项研究。这些研究人员用生物化学和生物物理学线索提示干细胞分化和自我组织成微室等微米级心脏组织。

  为检测将该系统用作药物筛选工具的可能性,他们将这些分化细胞暴露在沙利度胺中。沙利度胺是一种产生严重出生缺陷的药物。这些研究人员发现,在正常的治疗剂量下,沙利度胺使微室出现异常发育,引发许多问题,例如微室变小和肌肉收缩。另外,相比没有暴露在沙利度胺中的心脏组织,暴露其中的微室心率降低。

  康克林说:“每年有28万名孕妇暴露在可能造成胎儿危险的药物中。最经常报告的出生缺陷和心脏有关。产生心脏缺陷的可能性最受关注,因为它决定了孕期的药物安全。”这些研究人员指出,虽然这项研究关注于心脏组织,但用这项技术研究其他器官发育的可能性也很大。

  希利说:“我们的研究主要集中在早期心脏发育上,但人类多功能干细胞发展格局的基本原则和随后出现的细胞分化都可能产生大量不同的组织,为我们了解胚胎发生以及组织形态发生提供重要线索。”

  希利和加利福尼亚大学伯克利分校其他研究人员首次对外公布了一个跳动人类心脏细胞的系统,它可能用于筛选药物毒性。不到4个月后,希利又获得这一具有里程碑意义的重大发现。在这项新研究中,科学家先用成年人皮肤组织进行了干细胞基因重组,模拟了人类组织的形成,然后培养出具有跳动人类心脏细胞的小室。

  康克林在格拉斯顿的实验室为这项研究提供了这些人类诱导多功能干细胞。该实验室是一个一个独立的非营利性生命科学研究机构,和加利福尼亚大学旧金山分校有合作关系。

  这些研究人员将未分化的干细胞放到一个有循环图案的表面上。这个表面有助于物理上调节细胞分化和生长。两周结束时,这些开始于一个二维表面环境的细胞以脉动微室的形式呈现出一个3D结构。

  另外,这些细胞进行自我组织。这取决于它们放在表面周边还是中央。相比表面中央的细胞,边缘细胞经历了更大的机械压力和张力,好像更像形成结缔组织胶原蛋白的纤维母细胞。相比之下,中央细胞发育成心肌细胞。

  研究报告主要作者同时又是加利福尼亚大学伯克利分校生物工程学博士后研究生的马珍(Zhen Ma音译)说:“这种空间分化自然出现在生物学中,但我们在体外演示了这一过程。这种有限的几何图案为引导心脏分化和一个跳动微室的形成提供了生物化学和生物物理学线索。”

  开展这项新研究的科学家表示,制造早期心脏发育的模型很难在培养皿和组织培养板上完成。该研究领域通常和不同发育阶段动物的解剖有关,目的是弄清楚器官的形成以及发育过程出错的原因。

  希利指出:“我们在研究中使用了源自病人的人类多功能干细胞,这意味着该研究领域的巨大变化。以前有关心脏微室的研究主要使用老鼠的心肌细胞。但对人类疾病来说,这是一个存在缺陷的模型。”
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