首个功能正常的微型人类心脏模型诞生,可用于研究心血管疾病

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来源: DeepTech深科技

密歇根州立大学的研究人员,首次在实验室中创建了微型人体心脏模型,该模型具有所有主要心肌细胞、腔室和血管组织的心脏正常运转所需结构。

在美国,心脏病是第一大死亡原因。密西根州立大学定量健康科学与工程研究所的高级作者兼生物医学工程学助理教授埃托尔·阿奎尔(Aitor Aguirre)说:“这些微型心脏构成了难以置信的强大模型,可以前所未有的精确度研究各种心脏疾病。”

目前,这项研究以《在特定条件下模拟人类早期心脏发育的心脏器官的生成》(Generation of Heart Organoids Modeling Early Human Cardiac Development Under Defined Conditions)为标题发表在 bioRxiv 预印本上。

据悉,人类心脏类器官简称 hHOs,是通过模仿胚胎和胎儿发育环境的新型干细胞框架创建的。该研究的第一作者,阿奎尔实验室的研究生尤纳坦·以色列(Yonatan Israel)表示,类器官意思是“类似于器官”,它是自组装的 3D 细胞构造,可以在很大程度上概括器官的特性和结构。

这项研究采用了生物工程过程,该过程利用诱导的多能干细胞(通过发病成年细胞,触发培养皿中的胚胎样心脏发育而来)在几周后产生功能性迷你心脏。这些干细胞已经从病人那里获得授权,因此没有道德方面的顾虑。

阿奎尔说:“这一过程使干细胞基本上可以像在胚胎中那样,发育成心脏中的各种细胞类型和结构。”由于类器官遵循自然的心脏胚胎发育过程,因此研究人员实时研究了实际胎儿心脏的自然生长。

与当前昂贵、费力且不易扩展的组织工程方法相比,该技术可以更容易地同时创建多个 hHO。胎儿心脏发育和先天性心脏缺陷研究面临的主要问题之一,正是获得心脏发育的机会。此前,研究人员仅使用哺乳动物模型,如捐赠胎儿遗体和体外细胞来进行研究。

但是本次研究给这一局面带来改变,阿奎尔说:“现在,我们可以两全其美了,无需使用胎儿材料或违反道德原则就可以研究一种精确的人体模型,即通过一颗微小的人的心脏。这是向前迈出的一大步。”

因为该心脏类器官可以显示胎儿心脏如何发展的前所未有的细节。阿奎尔表示:“在实验室中,我们目前正在使用心脏类器官来模拟先天性心脏病,这是人类中最常见的先天性缺陷,影响了近 1% 的新生儿。” “有了心脏类器官,我们就可以研究先天性心脏病的起源并找到阻止其发展的方法。”

尽管 hHO 很复杂,但远非完美。对于该团队而言,改进最终的类器官,是未来研究的一个重点。类器官是胎儿心脏的小模型,具有代表性的功能和结构特征。但是,它们还没有人类的心脏完美。这也正是该团队正在努力的方向。

阿奎尔所在团队对这些微型心脏的广泛适用性感到非常兴奋。它们具有前所未有的能力,因此可用来研究与心血管有关的疾病,比如化疗引起的心脏疾病、妊娠期糖尿病对胎儿心脏发育的影响等。

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