自组织的人类心脏类器官问世学术资讯

心脏样体

5月20日，来自奥地利科学院的生物学家Sasha Mendjan等人在《细胞》杂志上报告称，他们使用人类多能干细胞培养出了芝麻大小的心脏模型，并命名为“心脏样体（cardioids）”，心脏样体能够在没有支架的情况下自我组织，发育出一个与心脏类似的空腔。这项进展或将帮助科学家们创造出最真实的心脏类器官。

此前，科学家们已经通过组织工程制造出了3D心脏类器官，这种方法通常需要组装细胞和支架，就像用砖块和砂浆建造房子一样。但这些工程类器官对损害的生理反应并不像人类心脏那样，因此往往不能作为良好的疾病模型。

“组织工程虽然很有用，但在自然界中，器官不是这样形成的。在胚胎时期，器官通过自组织自发地发育。在发育过程中，细胞会相互作用，随着器官结构的出现和生长而四处移动并改变形状。”Mendjan说。

“自组织很难设计，因为这个过程似乎没有计划，却出现了非常有序的组织。我们对器官的自组织还不了解，这种“隐藏的魔法”可能正是目前疾病没有被很好模拟的原因。”

为了通过培养皿里的自组织过程来模拟发育，研究人员以特定的顺序激活了所有参与胚胎心脏发育的六个已知信号通路，诱导干细胞自我组织。随着细胞分化，它们开始形成类似于心脏壁的结构。经过一周的发育，这些细胞自组织成了有封闭腔的3D结构。此外，研究小组还发现，心脏样体的壁状组织会有节奏地收缩，挤压腔内的液体。

Mendjan说：“不是所有的途径都需要引导干细胞成为心脏细胞，但这并不意味着这些途径是非必需的，相反，它们对细胞自我组织成器官非常重要。”

此外，该团队还测试了心脏样体对组织损伤的反应。他们用一根冷钢棒冷冻心脏样体的部分部位，并杀死该部位的许多细胞。结果发现，心脏成纤维细胞（一种负责伤口愈合的细胞）会迅速向损伤部位迁移，并产生了修复损伤的蛋白质。

“我们希望人类的心脏模型能够更加自然地发展，从而能够预测疾病。通过这种方式，制药公司将会更愿意将更多药物引入临床试验，因为他们对试验结果会更加确定。”Mendjan说。

接下来，研究人员计划培育具有多个腔室的心脏类器官，就像真正的人类心脏一样。许多先天性心脏病发生在其他心室开始形成的时候，所以多腔模型将帮助医生更好地了解缺陷是如何在胎儿中形成的。

科界原创

编译：花花

审稿：西莫

责编：陈之涵