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最近，英国Gladstone研究所的科学家们发明了一种新方法，利用干细胞培育出三维的人体心脏组织。这种组织可用于模拟疾病和测试药物，从而为治疗心脏病的精准医学方法开辟新途径。虽然目前已有利用心脏细胞培育三维组织的技术，但新方法大大减少了所需的细胞数量，使其成为一种更简单、更便宜、更高效的系统。相关研究结果发表在Nature子刊《Scientific Reports》上。Gladstone研究院高级研究员Bruce R. Conklin和加州大学伯克利分校的Kevin E. Healy是本文的共同通讯作者。

本文第一作者、Conklin实验室的博士后Nathaniel Huebsch指出：“我们用一种易于复制的方法培育出了生物工程的微尺度心脏组织，这将使干细胞生物学和药物产业领域的科学家能够在适当条件下研究心脏细胞。反过来，这将促使我们开发治疗心脏病的新方法。”

利用患者皮肤细胞来源的诱导多能干细胞（iPSCs）制备心脏细胞，可使科学家能够研究和测试针对特定疾病的药物。然而，由iPSCs制成的细胞相对不成熟，更类似于胚胎中的心脏细胞，而非成人体内的细胞。同样，这些细胞用于药物测试时不够可靠，因为它们不能正确预测药物对成人心脏细胞的影响。此外，用iPSCs制备心脏细胞具有挑战性，大规模制备困难，因此所需细胞越少越好。

迷你心肌组织可解决这两个问题。迫使细胞组织并拉伸成三维组织，有助于刺激发育，并促使它们更像成熟细胞，从而更好地预测药物对成人心脏细胞的影响。此外，与其他组织工程技术相比，新方法制备组织所需的细胞少了一千倍。使用更少的细胞，科学家可以用相同数量的资源进行更多试验。

研究人员与加州大学伯克利分校的Kevin Healy博士合作，首先用iPSCs制备了心肌细胞和结缔组织细胞。然后，将这些细胞放入一个形状像小狗骨头的特殊培养皿中。这种独特形状促使细胞自组织成细长的肌肉纤维。几天内，微型组织在结构和功能上都类似于心肌。例如，当测试组织对某些药物的反应时——这些药物会损害胎儿心脏细胞而非成人心脏细胞——迷你心肌组织表现得像成人心脏组织。

本文资深作者、Gladstone研究院高级研究员Bruce Conklin表示：“这种技术的优点在于它非常容易且稳健，但仍能培育出功能与正常组织相似的三维微型组织。我们的研究表明，利用一个简单的模板，借助这些细胞的固有特性进行自组织，就能制备这些复杂的组织。我们认为，微型心肌将为研究和开发心脏病疗法提供优越的资源。”

早在2013年，美国科学家就用人类干细胞培育出能够跳动的老鼠心脏，为培育可移植器官带来曙光。2013年11月19日发表在《PNAS》上的一项基础研究，鉴定了与心脏功能紧密相关的理想结构和细胞比率。研究者利用组织收缩的计算模型和结合微加工约束的总成力学，设计了人多能干细胞（hPSC）来源的均衡、功能性心脏微组织。这项发现也指引研究者首次构建了与心律不齐相关的三维循环组织活体模型。

2014年10月，京都大学山下润教授率领的研究小组宣布，他们利用人类诱导多功能干细胞（iPS细胞），首次成功培育出由心肌和血管等数种细胞组成的心脏组织细胞层。这有望用于对心脏病患者进行再生医疗。2015年7月，加州大学伯克利分校的研究人员与Gladstone研究所的科学家合作，开发出一种模板，利用干细胞制备跳动的心脏组织，创建了一种系统，可作为早期心脏发育模型及更安全的药物筛选工具。相关研究结果发表在《Nature Communications》杂志上。