实验室培育出首个会跳动的迷你心脏：比芝麻还小，每分钟跳动60到100次

图片来源：The Mendjan Lab视频截图

它们比芝麻籽还小，却有节奏地强力跳动着，这些是人类的“迷你心脏”，首个在实验室里被创造出来的带有明显跳动的心室的心脏。这种微型器官，或称类器官，模仿25天大的人类胚胎的心脏工作，有助于解开许多谜团，包括为什么婴儿心脏病发作后心脏不会留下疤痕。

尽管没有参与这项新研究，雪城大学(Syracuse University)开发心脏类器官的生物工程师Zhen Ma认为“这是一项伟大的研究。”。他说，这项实验对于理解先天性心脏缺陷和人类心脏形成“非常重要”——迄今为止，这些工作都依赖于动物模型。

虽然像大脑、内脏和肝脏这样的“微型器官”已经在培养皿中生长了10多年，但类心脏器官的生长却更具挑战性。造了能自己跳动的人体心脏器官的密歇根州立大学干细胞生物学家Aitor Aguirre说，第一批由小鼠心肌细胞构成，可以在培养皿中有节奏地收缩，但它们看起来更像一团心肌细胞。他说:“类器官应该拥有器官的功能。对于心脏来说，你会想到心室和跳动，因为这就是心脏的功能。”

为了创造出能像胚胎中细胞一样自我组织的类心脏器官，这项新研究的作者们对具有分化成任何组织能力的人类多能干细胞进行了编程，使其分化成各种类型的心脏细胞。他们的目标是创造出存在于心腔壁的三层组织层，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，直到找到一种配方，诱导这些细胞以与胚胎相同的顺序和形状形成组织。

发育1周后，类器官在结构上相当于25天胚胎的心脏。在这个阶段，心脏只有一个心室，这将成为成熟心脏的左心室。类器官直径约为2毫米，包括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。它们也有一个清晰的心室，每分钟跳动60到100次，这与相同年龄的胚胎心脏的速率相同，研究小组在《细胞》杂志上报道。

“当我第一次看到它的时候，我很惊讶这些心室可以自己形成。”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，类器官是否正常工作，因为它会跳动——不像其他类器官。”

迄今为止，迷你心脏已经在实验室中存活了3个多月，它将帮助科学家们了解心脏发育的前所未有的细节。Mendjan说，它们还可能揭示心脏问题的起源，比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。他引用诺贝尔物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)的话说:“你不能完全理解某些东西，除非你能重新创造它。”

Mendjan和同事们还冷冻了类器官的碎片来测试它们对损伤的反应。他们发现，心脏成纤维细胞，一种负责维持组织结构的细胞，迁移到受损区域修复死亡的细胞，就像婴儿心脏病发作时一样。为什么婴儿的心脏能在受伤后再生而不像成年人那样留下疤痕，这一直是个谜。“现在，我们在人体外部有一个可控的清洁系统，可以很容易地研究这个过程，”Mendjan说。

Aguirre说，下一步是将跳动的心脏类器官与血管网络连接起来，并测试它们泵血的能力。Mendjan的团队计划尝试调整营养液，以生产完整四个腔室的类有机化合物。有了这种先进的类心脏器官，研究人员可以探索当这些额外的腔体开始形成时出现的许多发育性心脏问题。

对Zhen Ma来说，培养一个更成熟的心脏器官，拥有所有的腔室和结构，是该领域的未来。但他认为这在未来十年不会发生。对于一个完整的类心脏器官，他说，“还有很长的路要走。”

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00537-7