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心脏细胞结构比例确定 或可按配方定制心脏组织

http://www.kexue.com 2013-11-26 11:05:04 科技日报  发表评论

  加拿大多伦多大学生物材料与生物医学工程学院(IBBME)和麦克尤恩再生医学中心研究人员合作,首次确定了与心脏功能有关的最佳结构和细胞比例,这一发现也让该小组转向另一项研究:设计制造迄今为止第一个活的三维人类心率失常组织。这也标志着研究人员首次试图确定一种精确的细胞类型与比例的“配方”,按这种“配方”就能生产出高度功能化的心脏组织。相关论文发表在最近的美国《国家科学院学报》上。

  “心脏不是由一种细胞构成。”论文第一作者、IBBME博士生尼马伦-萨瓦迪伦说,以前在培养心脏组织时,科学家不知道该怎样把不同类型的细胞混合,才能让它们发育成心脏结构,逐渐成熟变成自然的人类心脏。

  萨瓦迪伦将由人类多能干细胞发育而来的不同细胞类型分离开来,再精确地“组装”回去。通过得分度量法将它们与心脏功能,如收缩、电活性和细胞排列等联系在一起,形成了一种“配方”公式,据此能制造出高度功能性的心脏组织。“细胞的比例构成非常关键。”萨瓦迪伦说,“我们发现,以25%的心脏成纤维细胞(类皮肤细胞)对75%的心肌细胞(心脏细胞)效果最好。”经过精心混合的细胞比例会模拟人类心脏组织的结构,生长成三维的“线”。

  找到了恰当的心脏细胞比例构成后,研究人员设计了第一个三维心率失常组织模型。他们对该组织施加了电脉冲,“击中”了不规律跳动的组织,将其转变成有规律收缩的状态。心率失常是指心脏电脉冲被打乱,不能有效收缩和泵血,每年都有数百万人遭受心率失常。“现在我们能把这种比例构成与电刺激和机械刺激结合起来,得到一种用于心脏研究的、真正的生物模拟系统。”论文通讯作者米利卡-雷迪斯科说。

  “研究中一个令人兴奋的成果是,我们能培养出人类心脏微型组织,用于测试健康的和有病的人类心脏对药物的反应,”论文通讯作者、IBBME与麦克尤恩再生医学中心干细胞生物工程研究主席彼得-萨斯特拉说。

  由于人类心脏细胞生长不易,用人类干细胞制造出高效的功能性心脏组织,是科学家极为关心的问题。在药物筛选方面也对高度功能性心脏组织需求迫切。目前,研究小组正在与再生医学商业化中心(CCRM)合作,推广他们的组织模型平台。

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