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Cell:科学家开发出全球首个自组装人类心脏类器官

日期: 2021-06-25
浏览次数: 573

       科学家发现,在胚胎中,器官会通过一种称之为自组装的方式来自发进展,而且在发育过程中,细胞的基本构件会相互作用,随着器官结构的出现和生长,其会四处移动并改变形状。自组装是自然界如何形成雪花晶体或鸟类的群体性行为的方式,这是很难进行设计的。器官的自组装要动态得多,对其,科学家们并不十分了解。


       近日,来自维也纳生物中心等机构的科学家们发表了一项新的研究,他们成功地利用人类多能干细胞培育出了芝麻大小的心脏模型,成为心脏型类器官(cardioids),其能自发地自组装并形成一个空腔,而并不需要实验支架。这一研究进展有望帮助科学家创建一些迄今为止最逼真的心脏器官。相关研究结果发表在《Cell》杂志上。


Cell:科学家开发出全球首个自组装人类心脏类器官


       此前,研究人员通过组织工程技术来建立3D心脏类器官,这一方法通常会涉及组装细胞和支架,就好像利用砖头和砂浆来建造房屋一样,但这些工程化的类器官并不具有与人类心脏相同的应对损伤的生理学反应,因此往往不能作为良好的疾病模型。


       在这项研究中,研究人员想在培养皿中通过自组装来模拟器官的发育过程。他们通过激活参与胚胎心脏发育的六种已知的信号通路,以一种特定的顺序来诱导干细胞进行自组装。随着细胞的分化,这些干细胞开始形成独立的类似心脏壁的层状结构,发育一周后,自组装成拥有封闭空腔的3D结构,这是一种类似于人类心脏的自我生长轨迹。


Cell:科学家开发出全球首个自组装人类心脏类器官

Cell:体外心腔样结构的形成过程


       研究人员还发现,心脏类器官壁样组织能够有节律地收缩,将液体挤压到空腔内部中去。此外,他们分析了心脏类器官如何对组织损伤产生反应。随后,研究人员观察心脏成纤维细胞(负责伤口愈合的一类细胞)会开始向损伤位点迁移并产生特殊蛋白来修复损伤。


       这一研究结果表明,人类心脏类器官模型或能作为一种强大的平台来解析心脏自组装以及先天性心脏缺陷发生的分子机制,或为未来实现临床转化奠定一定的基础并提供新的思路。目前,研究人员正计划培育出具有多个腔室的心脏类器官。



资讯出处:

[1]Pablo Hofbauer,Stefan M. Jahnel,et al.Cardioids reveal self-organizing principles of human cardiogenesis[J].Cell,2021,(6).


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