從幹細胞到微型心肌細胞

科學家們開發了一種更加簡單低廉及有效的系統，用於幹細胞建造人類心臟的三維結構

格萊斯頓研究所的科學家們發明了一種用幹細胞建造具有三維結構的人類心臟組織的方法。這種人工組織可用於疾病模型的研究和藥物檢測，也為通過精準醫療途徑治療心臟病打開了一扇新的大門。儘管現有技術也可培養出組織的三維結構，但新方法能顯著減少所需的幹細胞數量，使這一過程更加簡單低廉有效。

「我們已經通過生物工程改造了微型心臟組織，改造方法便於重複，可使幹細胞及製藥工業研究領域的科學家們根據自身情況對心臟細胞進行研究。」格萊斯頓研究所Conklin實驗室的博士後，本研究第一作者Nathaniel Huebsch博士說，「相應的，我們研髮針對心臟疾病的治療方法的能力也得以增強。」利用從患者的皮膚細胞分化而來的誘導多能幹細胞（iPSCs）來建造心臟細胞，可使科學家們針對該患者的個體特異性疾病進行藥物研究和測試。然而，用iPSCs培養的細胞相對不成熟，這樣的心臟細胞更像是胚胎中的細胞，而不是成年人的細胞。正因如此，這些細胞不適合用於藥物檢測，因為這種不成熟細胞不能準確預測某種藥物對成人細胞的影響。此外，由iPSCs培養的心臟細胞在培養和處理的過程中具有一定挑戰性，使得大批量培養心臟細胞較為困難。所以所需的iPSCs越少越好。

該研究中的微型心肌就解決了上述問題。迫使細胞組合并伸展成三維結構有助於刺激細胞增殖，誘導其組裝為更成熟的細胞，這樣就能更好地預測某種藥物對成年人心臟細胞的影響。同時，用新方法（發表於《科學報（Scientific Reports）》中）建造心臟組織所需的原始細胞數量比其他組工程技術法少了1000倍。所需細胞數量減少，意味著科學家們就能用等量的資源投入更多的實驗。研究者們與加州大學伯克利分校的Kevin Healy博士合作，首次利用iPSCs培養出心肌細胞和結締組織細胞。之後他們將這些細胞在一個狗骨式造型的培養皿中共同培養使其相互連接。這一特殊形狀促使細胞自身成型，成為瘦長的肌纖維。幾天之後，這些細胞就成長為構造及功能上均與心肌相似的微型組織。例如，科學家們測試了微型組織對一種藥物的應答情況，這種藥物會損害胎兒心臟細胞，但不會損傷成年人心臟細胞。結果顯示，微型心肌組織的應答表現更接近成年人心臟組織。

「該技術的美好之處在於，『簡單而粗暴』的同時，這種三維結構的微型組織同樣具有正常組織的功能。」格萊斯頓研究所高級研究員，資深作者，醫學博士Bruce Conklin說，「我們的研究顯示，一個簡單模板就可以使細胞除繼承固有特性外，還可自我生長為這些複雜的組織，我們認為，微型心肌組織將為心臟疾病的研究和療法開發提供優質資源。」

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