科学家利用干细胞制作出微观心脏



如果通过显微镜观看,你会看到一段人类心脏跳动的影像资料,每个心脏都在驱动着其心室运动。这些微型器官的直径仅有1毫米,它是科学家首次利用单独干细胞制成的三维“心脏形”器官。

“利用肉眼看不到这些心脏的收缩,所以我们把它们叫作微观心脏。”美国加州大学伯克利分校的Zhen Ma说。这些器官以前也曾被制作过,但都是利用现存的结构把新细胞固定就位,比如由一个供体心脏被剥离细胞之后留下的胶原蛋白基质制成,抑或是利用3D打印制作而成。

Ma通过让普通皮肤细胞回转至原始的、类似胚胎细胞的方式,利用诱导多能干细胞形成心脏器官。通常情况下,研究人员会单独利用生长因子促使这种干细胞形成其中器官的专门细胞,但是Ma的研究团队利用了另外一种技术。

为了模拟出通常告诉胎儿干细胞可以在哪里生长以及不能在哪里生长的物理作用力,研究人员通过在培养皿中打孔,蚀刻了一种化学上的“禁止通行区”。这些孔可以让干细胞积累成恰当的外形。

这一过程通过模仿当真正的心脏在发育胚胎中发生的情况,对细胞的形状进行了改变。因此,那些位于孔中心的细胞变成了一种被称为心肌细胞的跳动心脏细胞。心肌细胞则被类似皮肤细胞的纤维母细胞包围在内,纤维母细胞形成了心脏的结缔组织。更显著的是,心肌细胞会生长并形成圆顶形的腔体——即微观心室。

“我们的模型在利用细胞的自我组织性构建心脏方面迈出了第一步,而且不需要任何外部的三维支撑材料。”Ma说,该研究的最终目的是构造出真实大小的心脏器官。




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