比芝麻还小的心脏每分钟跳动60到100次！《细胞》重磅：「mini 心脏」培育成功

它们不比芝麻大，并且有节奏地搏动着。

他们不是什么微生物，也不是什么电动玩具。

这些是人类的「迷你心脏」，而且是第一个在实验室中创建的，带有跳动腔室的「心脏」。

这些小东西有什么用呢？

用研究人员的话说，这些微型器官（或称类器官），模拟了25天大的人类胚胎心脏，可以帮助揭开许多谜团，例如为什么婴儿的心脏在经历了心脏病发作后不会结疤。

研究以发表在Cell上。

心脏类器官更具挑战性

「这是一项了不起的研究！」一位专家在看到研究后说道。

长久以来，类似的工作都依赖于动物模型。而现在，这项工作让我们看到了人类模型的曙光。

而从另一个角度讲，虽然有关大脑、内脏和肝脏等「迷你器官」已经在培养皿中培育超过10年，但心脏器官却更具挑战性。

密歇根州立大学(Michigan State University)的干细胞生物学家Aitor Aguirre说，第一批由小鼠心脏细胞组成的器官可以在培养皿中有节律地收缩，但它们看起来更像是一坨心脏细胞，而不是一个合适的心脏。

他还表示：「一个类器官应该再现器官的功能。对于心脏，你会期望有心房和泵，因为这就是心脏的工作。」

全球首个跳动「迷你人类心脏」：能跳动，已存活3个月

为了创造出像细胞像胚胎一样自我组织的心脏器官，研究的作者将人类多能干细胞编程为各种类型的心脏细胞，这些细胞有能力分化成任何一种组织。

他们的目标是创建心室壁中的三个组织层，这是心脏最早发育的部分之一。

接下来，研究人员将干细胞浸泡在不同浓度的促进生长的营养物质中，直到他们找到一个配方，能够「哄骗」细胞形成与胚胎中相同顺序和形状的组织。

经过1周的发育，器官体在结构上相当于25天大的胚胎的心脏。

在这个阶段，心脏只有一个腔室，一个将成为成熟心脏的左心室。器官的直径约为2毫米，通常存在于这个发育阶段的主要细胞类型包括：心肌细胞、上皮细胞、成纤维细胞和心外膜。

根据研究报告，它有一个心室，每分钟跳动60至100次，与同年龄段的胚胎心脏跳动速度相同。

「当我第一次看到它的时候，我很惊讶，这些腔室可以自己形成，」主要作者、奥地利科学院分子生物技术研究所的干细胞生物学家Sasha Mendjan说，「令人惊奇的是，你马上就能看到实验是否成功，类器官是否有功能，因为它在跳动——与其他器官不同。」

到目前为止，这些迷你心脏在实验室中已经存活了3个多月，它们将帮助科学家以前所未有的细节来观察心脏的发展。

当然，它们还可能揭示心脏问题的起源，如婴儿的先天性心脏缺陷和心脏病发作后的心脏细胞死亡，Mendjan说。Sasha Mendjan引用诺贝尔物理学家理查德-费曼（Richard Feynman）的话说：「除非你能重新创造它，否则你无法完全理解某些东西。」

Mendjan和他的同事还冻结了器官的碎片，以测试它们对损伤的反应。

他们看到，就像经历过心脏病发作的婴儿一样，心脏成纤维细胞（一种负责维持组织结构的细胞）迁移到受损区域来修复死亡的细胞。

「长期以来，婴儿的心脏为什么能在这种损伤后再生而不留下疤痕，这一点一直是个谜，与成人的心脏不同。」Mendjan说：『现在，我们在人体外有一个受控的清洁系统，可以轻松地研究这个过程。」

Aguirre说，下一个步骤是将跳动的心脏器官连接到血管网络，并测试它们泵血的能力。

Mendjan的团队计划尝试调整营养液，以产生具有所有四个腔室的有机体。有了这样先进的心脏器官，研究人员可以探索当这些额外的腔室开始形成时出现的许多发育性心脏问题。

对研究人员而言，生长出更像成人的心脏器官，拥有所有的腔室和结构，是该领域的未来。但他不认为这将在未来十年内发生。他说，对于一个完整的心脏器官，「仍有很长的路要走」。

参考资料：

https://www.smithsonianmag.com/science-nature/scientists-use-stem-cells-invent-self-assembling-miniature-heart-chamber-180977778/

文章来源：Cell、新智元

IEEE Spectrum

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