來源：科技日報

       美國科學家對從人體皮膚提取的多能干細胞進行遺傳重組，培育出了一顆擁有人的心臟細胞的微心室。這顆“小心臟”能像完整大小的心臟那樣跳動。研究人員表示，這種“迷你”器官可替代動物實驗，篩查新藥或測試藥物對嬰兒的影響，而且還將幫助科學家們揭示更多人體心臟形成和發育的秘密。

       該研究的合作者、加州大學伯克利分校生物工程學教授凱文•希利7月15日接受英國每日郵報采訪時說：“我們相信，這是首個在試管中培育出的人體微心室。這一技術或能幫助我們快速篩查出可能導致胎兒罹患先天性心臟病的藥物。”

       他與加州大學舊金山分校格拉德斯通心血管疾病研究所研究員布魯斯•康克林使用生物化學和生物物理學方法，促使干細胞分化并自我組織成這個包括微心室在內的微型心臟組織。相關研究發表在最新一期的《自然•通訊》雜志上。

       為了測試這套系統作為藥物篩查工具的潛力，研究人員讓正在分化的細胞同可能會導致嚴重的先天缺陷的藥物利度胺(thalidomide)接觸。他們發現，在正常的治療劑量下，這一藥物會導致微心室的發育出現反常，包括大小不斷萎縮、肌肉收縮和心律降低等問題。

       康克林說：“每年約有28萬名孕婦接觸對胎兒產生潛在危險的藥物，其中，最常見的先天缺陷就包括心臟病，最新系統或許能大幅降低孕婦接觸有毒藥物的幾率。而且，盡管最新研究主要強調的是心臟組織，但新技術有潛力培育出其他身體器官。”

       此前，科學家們主要使用實驗鼠的心肌細胞來對心臟微組織進行研究，但這并非理想的人類疾病研究模型。由人的干細胞發育而成的“迷你”心臟徹底改變了這一做法，未來將可以替代動物實驗。

       鳳凰科技訊 北京時間7月17日消息，據英國每日郵報報道， 研究人員使用干細胞創造了一個小型的搏動心臟——并表示它或可以革命化醫藥。這顆新心臟使得新型藥物可以被測試，并為研究人員提供了心臟是如何發育的新見解。這個小心臟甚至有微室，能夠像正常大小的心臟一樣“搏動”。

干細胞培育搏動的人工心臟組織

       美國加州大學伯克利分校的研究人員與美國格拉德斯通研究院的科學家們合作，他們表示利用干細胞培育搏動的心臟組織模板創造了一個新系統，后者可以作為早期心臟發育的模板，以及藥物篩查的工具使得懷孕更加安全。格拉德斯通研究院是加州大學舊金山分校附屬的一個獨立的非營利生命科學研究組織。

       “我們相信這是第一個展示在試管里培育人類心臟心室過程的例子，”研究合作高級作者、美國加州大學伯克利分校生物工程系教授凱文？希利(Kevin Healy)這樣說道，另一名高級作者是格拉德斯通心血管病研究所高級調查員、美國加州大學舊金山分校醫學遺傳學和細胞和分子藥理學教授布魯斯？康克林(Bruce Conklin) 。“這項技術可以幫助我們快速篩選可能產生心臟先天缺陷的藥物，并指導做出哪些藥物可能在孕期非常危險的決策。”

產生心臟缺陷的潛在可能性是決定孕期藥物安全的最重要的問題

       在這項發表在期刊《自然•通訊》上的研究里，研究人員使用了生物化學和生物物理學線索來促進干細胞分化并自我組織形成微米大小的心臟組織，包括微室。為了測試這個系統作為藥物篩查工具的潛力，研究人員將不同的細胞暴露在薩力多胺(一種安眠藥，鎮靜劑)下，這種藥物容易引起嚴重的先天缺陷。

       他們發現在治療劑量下，這種藥物會引發微室的異常發展，包括體積減小、肌肉收縮問題和較低的心率。“我們選擇藥物心臟發育毒性篩選來論證心臟微室的臨床相關應用。” 康克林說道。“每一年，多達280000名懷孕婦女都暴露在具有潛在胎兒風險的藥物下。最常見的先天缺陷涉及心臟，產生心臟缺陷的潛在可能性是決定孕期藥物安全的最重要的問題。”

       研究人員表示雖然這項研究關注于心臟組織，但將這項技術應用于其它器官發育具有非常大的潛力。“我們的關注點在于早期心臟發育，但人類多能干細胞的樣式的基本原則，以及隨后分化是可以擴展到更大范圍的組織類型里，用于理解胚胎形成和組織形態發生。” 希利說道。

       這一里程碑發生在希利和其它伯克利研究人員公開發布了一個芯片上的搏動人體心臟細胞系統后四個月，這個系統可以用于檢查藥物毒性。在這項新研究里，科學家們模仿了人類組織形成，首先使用了從成年人皮膚組織里提取的基因重新編碼的干細胞，形成能夠搏動的人類心臟細胞的小室。康克林的實驗室提供了研究所用的這些人體誘發多能干細胞。

       這些未分化的干細胞隨后被放置在一個圓形表面，后者調節了細胞分化和發展。在兩周后，生長在二維表面環境的細胞開始形成三維結構，成為一個搏動的微室。此外，這些細胞會根據是否位于細胞群的周界還是中央而自我組織。與中央的細胞相比，邊界的細胞具有更大的機械壓力和張力，因此看起來更像纖維母細胞，后者形成了結締組織的膠原蛋白。而相比之下中央細胞形成了心臟肌肉細胞。

       “在生物學里這種空間分化是自然發生的，但我們首次在試管里實現了，”研究首席作者、美國加州大學伯克利分校生物工程博士后研究員馬鎮(Zhen Ma)這樣說道。“這種受限的幾何學樣式提供了生物化學和生物物理學線索，直接引導了心臟分化和一個搏動微室的形成。”

       在有蓋培養皿和細胞培養板里建模早期心臟發育是非常困難的。這一研究領域一般涉及在不同的發育階段對動物進行解剖，從而研究器官的形成以及這個過程可能會出什么差錯。“我們在研究中使用了從病人身上采集的多能干細胞這一事實代表了這個領域的突變。” 希利說道。“之前的心臟微組織研究主要是使用老鼠心肌細胞，然而它是人類疾病的一個并不完美的模型。”