培养皿里的心肌梗死模型

来源：生物通

南卡罗来纳州医科大学和克莱姆森大学的研究人员报告说，他们已经开发出人体心脏类器官用来模拟心肌梗死和药物心脏毒性。

南卡罗来纳州医科大学和克莱姆森大学的研究人员报告说，他们已经开发出人体心脏类器官用来模拟心肌梗死和药物心脏毒性。

美国人平均每人每40秒就有一次心脏病发作，然而研究人员还没有一个模型能完全模拟心脏病发作后人类心脏的情况。

南卡罗来纳州医科大学（MUSC）和克莱姆森大学（Clemson University）的一个研究小组最近在《Nature Biomedical Engineering》的一篇文章中报告说，他们开发出了直径小于1毫米的人体心脏器官，这些器官与心脏病发作时发生的生理状况非常相似。

该团队由MUSC-Clemson生物工程项目一员、生物工程博士Ying Mei领导，该项目将Clemson的生物工程师和生物工程博士生安置在MUSC校园，以便能够与临床医生进行互动。文章的主要作者，Dylan Richards博士，是两所学校联合培养的毕业生。

Richards说：“我们基本上能够将心脏病发作的复杂三维特征缩小为一个微组织模型。”

这个类器官是直径小于1毫米的三维多细胞组织。这些器官或微组织的功能与它们的全尺寸对应物类似：像人类心脏一样跳动和收缩。这个模型利用诱导多能干细胞分裂和成熟为几种类型的心脏细胞，然后相互作用和自我组装形成器官。

传统上，生物学家使用培养皿细胞或动物模型中的细胞，来模拟正在研究的疾病。这些方法都有自己的缺点，类器官模型克服了这些缺点。

培养皿中的细胞在细胞水平上学习东西是很好的，但是细胞在平面上二维生长是非常不自然的。

动物模型在再现人体内发生的事情时非常有用，但仅适合下一步研究。而类器官，特别是心脏类器官，特别适合重现人类的情况。

Richards解释说：“老鼠的心跳比人类快5到10倍。”

与此相反，心脏器官样组织重建了人类心脏，与心脏病发作导致缺氧后发生的组织功能障碍非常相似。因为在心脏病发作后很难立即获得样本，所以我们对心脏病发作的了解大多来自于在最初缺氧很久之后所做的观察。类器官模型填补了这一空白，使缺氧后的情况得以立即可视化。

“这有助于我们更好地理解细胞在短期内的反应，反过来了解瞬时损伤如何导致长期损伤，”Richards说。

这个模型也使研究人员能够测试心脏药物是否能改善心脏病发作。

Richards解释说：“这有助于我们确定一种药物是否能有效地预防这种损伤，或者防止对缺氧的有害反应。”以及测试在健康心脏中安全的药物是否在患病心脏中也是安全的。这些信息可以指导医生更恰当地为有先发心脏病的患者开药。

简言之，该模型为研究人员提供了对心脏病发作早期事件的理解。Mei打算通过加入免疫细胞使模型变得更好。免疫细胞负责清除由心脏病发作引起的死亡细胞，通过这样做，它们可以确定免疫细胞如何在缺氧损伤后心脏组织的重建中发挥作用。

Mei教授还想研究患者的遗传学对其预后的影响，这些器官可以帮助我们更全面地了解患者的特定基因特征如何影响其康复。

“我们并不是第一个概括细胞甚至组织水平反应的人。不过，我认为，我们是第一个总结器官水平反应的人。”

本文合著者把这项研究献给他们亲爱的朋友和合著者Craig Beeson博士，在他们的文章发表前死于癌症。

参考文献

Human cardiac organoids for the modelling of myocardial infarction and drug cardiotoxicity