2016年4月16日
格莱斯顿研究所
科学家们开发了一种更加简单低廉及有效的系统，用于干细胞建造人类心脏的三维结构
供图：格莱斯顿研究所
格莱斯顿研究所的科学家们发明了一种用干细胞建造具有三维结构的人类心脏组织的方法。这种人工组织可用于疾病模型的研究和药物检测，也为通过精准医疗途径治疗心脏病打开了一扇新的大门。尽管现有技术也可培养出组织的三维结构，但新方法能显著减少所需的干细胞数量，使这一过程更加简单低廉有效。
“我们已经通过生物工程改造了微型心脏组织，改造方法便于重复，可使干细胞及制药工业研究领域的科学家们根据自身情况对心脏细胞进行研究。”格莱斯顿研究所Conklin实验室的博士后，本研究第一作者Nathaniel Huebsch博士说，“相应的，我们研发针对心脏疾病的治疗方法的能力也得以增强。”利用从患者的皮肤细胞分化而来的诱导多能干细胞（iPSCs）来建造心脏细胞，可使科学家们针对该患者的个体特异性疾病进行药物研究和测试。然而，用iPSCs培养的细胞相对不成熟，这样的心脏细胞更像是胚胎中的细胞，而不是成年人的细胞。正因如此，这些细胞不适合用于药物检测，因为这种不成熟细胞不能准确预测某种药物对成人细胞的影响。此外，由iPSCs培养的心脏细胞在培养和处理的过程中具有一定挑战性，使得大批量培养心脏细胞较为困难。所以所需的iPSCs越少越好。
该研究中的微型心肌就解决了上述问题。迫使细胞组合并伸展成三维结构有助于刺激细胞增殖，诱导其组装为更成熟的细胞，这样就能更好地预测某种药物对成年人心脏细胞的影响。同时，用新方法（发表于《科学报告（Scientific Reports）》中）建造心脏组织所需的原始细胞数量比其他组工程技术法少了1000倍。所需细胞数量减少，意味着科学家们就能用等量的资源投入更多的实验。研究者们与加州大学伯克利分校的Kevin Healy博士合作，首次利用iPSCs培养出心肌细胞和结缔组织细胞。之后他们将这些细胞在一个狗骨式造型的培养皿中共同培养使其相互连接。这一特殊形状促使细胞自身成型，成为瘦长的肌纤维。几天之后，这些细胞就成长为构造及功能上均与心肌相似的微型组织。例如，科学家们测试了微型组织对一种药物的应答情况，这种药物会损害胎儿心脏细胞，但不会损伤成年人心脏细胞。结果显示，微型心肌组织的应答表现更接近成年人心脏组织。
“该技术的美好之处在于，‘简单而粗暴’的同时，这种三维结构的微型组织同样具有正常组织的功能。”格莱斯顿研究所高级研究员，资深作者，医学博士Bruce Conklin说，“我们的研究显示，一个简单模板就可以使细胞除继承固有特性外，还可自我生长为这些复杂的组织，我们认为，微型心肌组织将为心脏疾病的研究和疗法开发提供优质资源。”
翻译：谢梦莹
审稿：董子晨曦
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/04/160420151621.htm
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