科学家首次利用干细胞培育出跳动的人体心脏
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图片说明:图为再生的部分人体心脏,放置在可比拟正常人体心脏周围生物环境的生物反应器中。 图片来源:Bernhard Jank, MD, Ott Lab, Center for Regenerative Medicine, Massachusetts General Hospital


世界上有很多心脏病患者需要进行心脏移植手术,但由于心脏捐献数量严重短缺,因此并非所有患者都能进行这项手术并成功活下来。医学界一直怀揣能够在实验室培育出人工移植心脏的梦想,而近日,一项研究则让研究人员离这个梦想的实现更近了一步。美国麻省总医院(Massachusetts General Hospital,MGH)和哈佛医学院(Harvard Medical School)的研究小组在Circulation Research上发表研究,称成功利用干细胞培育出了一颗跳动的人类心脏。

此前的研究曾证实,人们可以借助3D打印机,并利用生物材料打印出来3D心脏的各个部件。打印出来的3D心脏结构虽然没有真实的心脏细胞,但可以作为心脏“支架(scaffold)”,令心脏组织在其上发育生长。在新的研究中,麻省总医院再生医学科的生物医学研究人员Jacques Guyette带领的研究小组将心脏支架与干细胞结合,并研究出了令人叹为观止的成果。

除了缺少捐献的心脏外,心脏移植手术的主要问题还在于受体很有可能会排斥移植入的心脏器官。受体的免疫系统常常视外来器官组织为危险成分,因此会攻击外来器官,并将其消灭。避免排斥反应的唯一办法是受体患者服用抑制体内免疫系统的药物,然而却少有成功。

这项研究中,研究小组将公认为不适用于移植手术的73颗心脏小心浸入了清洗剂溶液中,令其脱离任何会加速心脏自主死亡的所有细胞,最后剩下了心脏支架,其中心脏上的复杂结构和血管都完好无损,而且新的心脏细胞可以在这样的心脏支架上生长。随后,研究小组给心脏支架注入了患者皮肤细胞经过重新编程后形成的多能干细胞,它们可以分化成为体内几乎所有类型的细胞,比如骨细胞、神经细胞甚至肌肉细胞,当然也包括心脏细胞。研究小组诱导这些多能干细胞分化成为两种心脏细胞,并将其浸泡在营养液中,发现这两种心脏细胞开始在实验室心脏支架上发育和生长。仅仅两周后,心脏细胞生长形成的网状结构就已经开始类似未成熟但结构复杂的真实心脏,用电刺激后,这样的心脏便开始跳动。

图片说明:这项革命性的技术在未来能否拯救心脏病患者的性命?  图片来源:DeReGe/Shutterstock

很明显,只要原先的皮肤细胞是患者自己身上的细胞,患者的免疫系统就会视以这种方式发育生长的心脏细胞为“友好”成分。这也意味着这些实验室培育的心脏如果植入患者体内,不会受到排斥反应,患者也不用再苦苦等待合适的捐献心脏。

Jacques Guyette表示,他们接下来将改进方法,以期制造出更多的心脏细胞。尽管这项研究已经利用干细胞分化出5亿个心脏细胞,但培育出全新的心脏需要数百亿个心脏细胞。不过,尽管还达不到利用患者自身细胞培育出全新成熟心脏这一目标,但这项研究却是迄今为止最接近这个目标的,其本身也是一项伟大的突破。(科学之家,编辑/译审:YWY)
文章来源: http://www.iflscience.com/health-and-medicine/beating-human-hearts-grown-laboratory-using-stem-cells-made-skin
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相关文献

 
1. Bioengineering Human Myocardium on Native Extracellular Matrix | Jacques P. Guyette, Jonathan M. Charest, Robert W. Mills, Bernhard J. Jank, Philipp T. Moser, Sarah E. Gilpin, Joshua R. Gershlak, Tatsuya Okamoto, Gabriel Gonzalez, David J. Milan, Glenn R. Gaudette, Harald C. Ott | October 26, 2015 | doi: 10.1161/CIRCRESAHA.115.306874 | http://circres.ahajournals.org/content/118/1/56

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