可自主跳动的人类自组织心脏类器官培育成功

奥地利科学院分子生物技术研究所的科学家利用人类多能干细胞培育出“迷你”心脏类器官，称为“类心脏”，它们可以自行组织为心腔状结构而无需实验支架，可自主跳动。这一成果可能会彻底改变对心血管疾病和先天性心脏病的研究，相关论文发表在近日的《细胞》杂志上。

缺乏良好的人类心脏生理模型是阻碍人们理解心脏疾病、开发再生疗法的主要瓶颈。以前的组织工程学3D心脏类器官对损伤的生理反应与人类心脏不同，往往不能作为良好的疾病模型。

在过去的十年里，自组织类器官领域为生物医学研究带来了革命性变化。然而，能够重现发育和损伤反应过程的心脏类器官研究却一直没有进展。

研究负责人萨沙·门德詹说：“要使体外组织完全具有生理性，它还需要经历器官的形成过程。”在胚胎中，器官通过自组织过程自行发育，在此过程中，细胞构件相互作用，随着器官结构的出现和生长而四处移动并改变形状。

此次，研究人员以特定的顺序激活所有参与胚胎心脏发育的6个已知信号通路，诱导干细胞自行组织。随着细胞的分化，它们开始形成独立的层，类似于心壁结构。经过一周的发育，这些类器官自组成一个有封闭空腔的3D结构——相当于25天大的心脏。这种过程类似于人类心脏的自发生长轨迹。在这个阶段，心脏只有一个心室，将成为成熟心脏的左心室。类器官直径约为2毫米，包含这一发育阶段常见的主要细胞类型：心肌细胞、上皮细胞、成纤维细胞和心外膜。

研究小组发现这颗“迷你”心脏有一个清晰的心室，可有节奏地收缩，从而挤压腔内的液体。其每分钟跳动60到100次，这与相同年龄大小的心脏的速率相同。

此外，研究小组还测试了这一心脏类器官对组织损伤的反应。他们用一根冰冷的钢棒杀死了心脏类器官的部分细胞来模拟心脏病发作后的情况，结果发现，负责伤口愈合的心脏成纤维细胞开始向损伤部位迁移，并产生修复损伤的蛋白质。

今后，该研究小组还计划培育出如同人类真实心脏一样的具有多个腔室的心脏类器官。许多先天性心脏病是在其他腔室开始形成时发生的，因此多腔模型将帮助医生更好地了解胎儿的心脏缺陷是如何形成的。