這個(gè)人類(lèi)的“迷你心臟”比芝麻籽還小，卻能以規律的節奏跳動(dòng)。這是第一個(gè)在實(shí)驗室里被創(chuàng )造出來(lái)的帶有明顯跳動(dòng)的心室的心臟。這種微型器官或類(lèi)器官，能模仿25天大的人類(lèi)胚胎的心臟工作，有助于解開(kāi)許多謎團，包括為什么嬰兒心臟病發(fā)作后其心臟不會(huì )留下疤痕。

　　以上進(jìn)展來(lái)自當地時(shí)間5月20日國際權威學(xué)術(shù)期刊《細胞》(Cell)。奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所的干細胞生物學(xué)家Sasha Mendjan是該論文的主要作者。

　　
 

　　為了創(chuàng )造出能像胚胎中細胞一樣自組織的類(lèi)心臟器官，這項新研究的作者們對具有分化成任何組織能力的人類(lèi)多能干細胞進(jìn)行了編程，使其分化成各種類(lèi)型的心臟細胞。他們的目標是創(chuàng )造出存在于心腔壁的三層組織層，這是心臟最早發(fā)育的部分之一。

　　Mendjan團隊以特定的順序激活所有參與胚胎心臟發(fā)育的6個(gè)已知信號通路，誘導干細胞自我組織。隨著(zhù)細胞分化，它們開(kāi)始形成不同的層——類(lèi)似心臟壁的結構。

　　發(fā)育1周后，類(lèi)器官在結構上相當于25天胚胎的心臟。在這個(gè)階段，心臟只有一個(gè)心室，這將成為成熟心臟的左心室。類(lèi)器官直徑約為2毫米，包括這一發(fā)育階段常見(jiàn)的主要細胞類(lèi)型:心肌細胞、上皮細胞、成纖維細胞和心外膜。它們也有一個(gè)清晰的心室，每分鐘跳動(dòng)60到100次，這與相同年齡的胚胎心臟的速率相同

　　“這并不是說(shuō)我們在使用與其他研究人員不同的東西，而是我們在使用所有已知的信號。”Mendjan補充說(shuō)。一直以來(lái)，研究人員認為并非需要所有途徑來(lái)直接引導干細胞成為心臟細胞，“所以他們想，‘好吧，它們在體外沒(méi)有必要。’但事實(shí)證明，所有途徑都是必要的。它們對細胞自我組織成器官非常重要。”

　　該團隊還測試了心臟類(lèi)器官對組織損傷的反應。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟，并殺死該部位的許多細胞。細胞死亡通常是在諸如心臟病發(fā)作等損傷后觀(guān)察到的。研究小組立即發(fā)現，心臟成纖維細胞(一種負責傷口愈合的細胞)開(kāi)始向損傷部位遷移，并產(chǎn)生修復損傷的蛋白質(zhì)。

　　實(shí)際上，雖然人類(lèi)從十多年前就能在培養皿中培育像大腦、內臟和肝臟這樣的“微型器官”，但類(lèi)心臟器官卻一直是很大的挑戰。

　　此前，科學(xué)家們已經(jīng)制造出了3D心臟類(lèi)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(lèi)器官不能像人類(lèi)心臟那樣對損害做出響應，因此往往不能作為良好的疾病模型。

　　“組織工程學(xué)在很多方面都非常有用，比如測量心臟收縮。”Mendjan說(shuō)。但在自然界中，器官不是這樣形成的。在胚胎時(shí)期，器官通過(guò)一個(gè)叫做自組織的過(guò)程自發(fā)地發(fā)育。在該過(guò)程中，細胞模塊能相互作用，并隨著(zhù)器官結構的出現和生長(cháng)四處移動(dòng)和改變形狀。

　　“自組織是自然界形成雪花晶體或鳥(niǎo)類(lèi)群體行為的方式。這很難設計，因為似乎沒(méi)有計劃，但仍有一些非常有序和穩健的東西出現了。”他說(shuō)，“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(fā)展，是目前疾病沒(méi)有被很好地建模的原因。”

　　對于此次創(chuàng )造出的迄今為止最真實(shí)的心臟類(lèi)器官，Mendjan 表示，當其第一次看到它的時(shí)候，很驚訝這些心室可以自行形成。相比其他類(lèi)器官，心臟類(lèi)器官的成敗顯而易見(jiàn)，它會(huì )跳動(dòng)。迄今為止，這顆“迷你心臟”已經(jīng)在實(shí)驗室中存活了3個(gè)多月，它將幫助科學(xué)家們了解心臟發(fā)育的前所未有的細節。

　　Mendjan說(shuō)，它們還可能揭示心臟問(wèn)題的起源，比如嬰兒的先天性心臟缺陷和心臟病發(fā)作后的心臟細胞死亡。他引用諾貝爾物理學(xué)家理查德·費曼(Richard Feynman)的話(huà)說(shuō)：你不能完全理解某些東西，除非你能重新創(chuàng )造它。

　　《科學(xué)》雜志引述雪城大學(xué)(Syracuse University)研究者稱(chēng)，這是一項偉大的研究。這項實(shí)驗對于理解先天性心臟缺陷和人類(lèi)心臟形成非常重要，此前這些工作都依賴(lài)于動(dòng)物模型。

　　不過(guò)，對于培養一個(gè)更成熟的心臟器官——擁有所有的腔室和結構，這是該領(lǐng)域未來(lái)課題。不過(guò)在十年內可能很難看到，這還有很長(cháng)的路要走。

　　Mendjan團隊也計劃培育具有多個(gè)腔室的心臟類(lèi)器官，就像真正的人類(lèi)心臟那樣。許多先天性心臟病發(fā)生在心室開(kāi)始形成的時(shí)候，所以多腔模型將幫助醫生更好地了解缺陷是如何在胎兒中發(fā)展的。