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標題: 首顆實驗中培育出的人類心臟類器官 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-5-24 10:22 PM 標題: 首顆實驗中培育出的人類心臟類器官

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　　這個人類的「迷你心臟」比芝麻籽還小﹐卻能以規律的節奏跳動。這是第一個在實驗室裡被創造出來的帶有明顯跳動的心室的心臟。這種微型器官或類器官﹐能模仿25天大的人類胚胎的心臟工作﹐有助於解開許多謎團﹐包括為什麼嬰兒心臟病發作後其心臟不會留下疤痕。
　　以上進展來自當地時間5月20日國際權威學術期刊《細胞》(Cell)。奧地利科學院分子生物技術研究所的干細胞生物學家Sasha Mendjan是該論文的主要作者。
　　Mendjan團隊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。發育1周後﹐類器官在結構上相當於25天胚胎的心臟。在這個階段﹐心臟只有一個心室﹐這將成為成熟心臟的左心室。類器官直徑約為2毫米﹐包括這一發育階段常見的主要細胞類型﹕心肌細胞﹑上皮細胞﹑成纖維細胞和心外膜。它們也有一個清晰的心室﹐每分鐘跳動60到100次﹐這與相同年齡的胚胎心臟的速率相同。
　　「這並不是說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。一直以來﹐研究人員認為並非需要所有途徑來直接引導干細胞成為心臟細胞﹐「所以他們想﹐『好吧﹐它們在體外沒有必要。』但事實證明﹐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器官對組織損傷的反應。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟﹐並殺死該部位的許多細胞。細胞死亡通常是在諸如心臟病發作等損傷後觀察到的。研究小組立即發現﹐心臟成纖維細胞(一種負責傷口癒合的細胞)開始向損傷部位遷移﹐並產生修復損傷的蛋白質。
　　實際上﹐雖然人類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」﹐但類心臟器官卻一直是很大的挑戰。此前﹐科學家們已經製造出了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做出響應﹐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﹐並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東西出現了。」他說﹐「器官的自組織更有活力﹐很多事情我們不瞭解。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。」。
　　對於此次創造出的迄今為止最真實的心臟類器官﹐Mendjan表示﹐當其第一次看到它的時候﹐很驚訝這些心室可以自行形成。相比其他類器官﹐心臟類器官的成敗顯而易見﹐它會跳動。迄今為止﹐這顆「迷你心臟」已經在實驗室中存活了3個多月﹐它將幫助科學家們瞭解心臟發育的前所未有的細節。
　　Mendjan說﹐它們還可能揭示心臟問題的起源﹐比如嬰兒的先天性心臟缺陷和心臟病發作後的心臟細胞死亡。他引用諾貝爾物理學家理查德·費曼(Richard Feynman)的話說：你不能完全理解某些東西﹐除非你能重新創造它。
　　《科學》雜誌引述雪城大學(Syracuse University)研究者稱﹐這是一項偉大的研究。這項實驗對於理解先天性心臟缺陷和人類心臟形成非常重要﹐此前這些工作都依賴於動物模型。
　　不過﹐對於培養一個更成熟的心臟器官﹐擁有所有的腔室和結構﹐這是該領域未來課題。不過在十年內可能很難看到﹐這還有很長的路要走。Mendjan團隊也計劃培育具有多個腔室的心臟類器官﹐就像真正的人類心臟那樣。許多先天性心臟病發生在心室開始形成的時候﹐所以多腔模型將幫助醫生更好地瞭解缺陷是如何在胎兒中發展的。

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