心臟模型發育的再現性。圖片來源：Sasha Mendjan等
奧地利科學院生物學家Sasha Mendjan和團隊使用人類多能干細胞培養出芝麻大小的心臟模型，又稱心臟線。它可以自發地進行組織，在不需要實驗支架的情況下發展出一個中空的心房。這項進展使得科學家能創造出一些迄今為止最真實的心臟類器官。相關研究5月20日發表于《細胞》。
此前，科學家已經制造出3D心臟類器官，這種方法通常需要組裝細胞和支架，就像用磚塊和砂漿建造房子一樣。但是，這些類器官不能像人類心臟那樣對損害作出響應，因此往往不能作為良好的疾病模型。
“組織工程學在很多方面都非常有用，比如測量心臟收縮。”Mendjan說。但在自然界中，器官不是這樣形成的。在胚胎時期，器官通過一個叫做自組織的過程自發地發育。在該過程中，細胞模塊能相互作用，并隨著器官結構的出現和生長四處移動和改變形狀。
“自組織是自然界形成雪花晶體或鳥類群體行為的方式。這很難設計，因為似乎沒有計劃，但仍有一些非常有序和穩健的結構出現了。”Mendjan說，“器官的自組織更有活力，很多事情我們不了解。我們認為這種‘隱藏的魔法’式發展，是目前疾病沒有被很好地建模的原因。”
Mendjan團隊想要在培養皿里模擬自組織發育。他們以特定的順序激活所有參與胚胎心臟發育的6個已知信號通路，誘導干細胞自我組織。隨著細胞分化，它們開始形成不同的層——類似心臟壁的結構。經過一周的發育，這些類器官自組織成一個有封閉腔的3D結構，幾乎重現了人類心臟的自發生長軌跡。此外，研究小組還發現心臟壁狀組織能有節奏地收縮，擠壓腔內的液體。
該團隊還測試了心臟類器官對組織損傷的反應。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟類器官，并殺死該部位的許多細胞。通常在心臟病發作等損傷后人們能觀察到細胞死亡。研究小組立即發現，心臟成纖維細胞（一種負責傷口愈合的細胞）開始向損傷部位遷移，并產生修復損傷的蛋白質。
“我們希望該心臟模型能更自然地發展，從而預測疾病。”Mendjan說，“通過這種方式，制藥公司愿意將更多藥物引入臨床試驗，因為他們對試驗結果更確定。”（馮維維）
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