這個(gè)人類的“迷你心臟”比芝麻籽還小，卻能以規(guī)律的節(jié)奏跳動(dòng)。這是第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室里被創(chuàng)造出來的帶有明顯跳動(dòng)的心室的心臟。這種微型器官或類器官，能模仿25天大的人類胚胎的心臟工作，有助于解開許多謎團(tuán)，包括為什么嬰兒心臟病發(fā)作后其心臟不會(huì)留下疤痕。

以上進(jìn)展來自當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月20日國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）。奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所的干細(xì)胞生物學(xué)家Sasha Mendjan是該論文的主要作者。

為了創(chuàng)造出能像胚胎中細(xì)胞一樣自組織的類心臟器官，這項(xiàng)新研究的作者們對(duì)具有分化成任何組織能力的人類多能干細(xì)胞進(jìn)行了編程，使其分化成各種類型的心臟細(xì)胞。他們的目標(biāo)是創(chuàng)造出存在于心腔壁的三層組織層，這是心臟最早發(fā)育的部分之一。

Mendjan團(tuán)隊(duì)以特定的順序激活所有參與胚胎心臟發(fā)育的6個(gè)已知信號(hào)通路，誘導(dǎo)干細(xì)胞自我組織。隨著細(xì)胞分化，它們開始形成不同的層——類似心臟壁的結(jié)構(gòu)。

發(fā)育1周后，類器官在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于25天胚胎的心臟。在這個(gè)階段，心臟只有一個(gè)心室，這將成為成熟心臟的左心室。類器官直徑約為2毫米，包括這一發(fā)育階段常見的主要細(xì)胞類型:心肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和心外膜。它們也有一個(gè)清晰的心室，每分鐘跳動(dòng)60到100次，這與相同年齡的胚胎心臟的速率相同

 “這并不是說我們?cè)谑褂门c其他研究人員不同的東西，而是我們?cè)谑褂盟幸阎男盘?hào)。”Mendjan補(bǔ)充說。一直以來，研究人員認(rèn)為并非需要所有途徑來直接引導(dǎo)干細(xì)胞成為心臟細(xì)胞，“所以他們想，‘好吧，它們?cè)隗w外沒有必要。’但事實(shí)證明，所有途徑都是必要的。它們對(duì)細(xì)胞自我組織成器官非常重要。”

該團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了心臟類器官對(duì)組織損傷的反應(yīng)。他們用一根冷鋼棒冷凍部分心臟，并殺死該部位的許多細(xì)胞。細(xì)胞死亡通常是在諸如心臟病發(fā)作等損傷后觀察到的。研究小組立即發(fā)現(xiàn)，心臟成纖維細(xì)胞（一種負(fù)責(zé)傷口愈合的細(xì)胞）開始向損傷部位遷移，并產(chǎn)生修復(fù)損傷的蛋白質(zhì)。

實(shí)際上，雖然人類從十多年前就能在培養(yǎng)皿中培育像大腦、內(nèi)臟和肝臟這樣的“微型器官”，但類心臟器官卻一直是很大的挑戰(zhàn)。

此前，科學(xué)家們已經(jīng)制造出了3D心臟類器官，這種方法通常需要組裝細(xì)胞和支架，就像用磚塊和砂漿建造房子一樣。但是，這些類器官不能像人類心臟那樣對(duì)損害做出響應(yīng)，因此往往不能作為良好的疾病模型。

“組織工程學(xué)在很多方面都非常有用，比如測(cè)量心臟收縮。”Mendjan說。但在自然界中，器官不是這樣形成的。在胚胎時(shí)期，器官通過一個(gè)叫做自組織的過程自發(fā)地發(fā)育。在該過程中，細(xì)胞模塊能相互作用，并隨著器官結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和生長四處移動(dòng)和改變形狀。

“自組織是自然界形成雪花晶體或鳥類群體行為的方式。這很難設(shè)計(jì)，因?yàn)樗坪鯖]有計(jì)劃，但仍有一些非常有序和穩(wěn)健的東西出現(xiàn)了。”他說，“器官的自組織更有活力，很多事情我們不了解。我們認(rèn)為這種‘隱藏的魔法’式發(fā)展，是目前疾病沒有被很好地建模的原因。”

對(duì)于此次創(chuàng)造出的迄今為止最真實(shí)的心臟類器官，Mendjan 表示，當(dāng)其第一次看到它的時(shí)候，很驚訝這些心室可以自行形成。相比其他類器官，心臟類器官的成敗顯而易見，它會(huì)跳動(dòng)。迄今為止，這顆“迷你心臟”已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中存活了3個(gè)多月，它將幫助科學(xué)家們了解心臟發(fā)育的前所未有的細(xì)節(jié)。

Mendjan說，它們還可能揭示心臟問題的起源，比如嬰兒的先天性心臟缺陷和心臟病發(fā)作后的心臟細(xì)胞死亡。他引用諾貝爾物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼(Richard Feynman)的話說：你不能完全理解某些東西，除非你能重新創(chuàng)造它。

《科學(xué)》雜志引述雪城大學(xué)(Syracuse University)研究者稱，這是一項(xiàng)偉大的研究。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)于理解先天性心臟缺陷和人類心臟形成非常重要，此前這些工作都依賴于動(dòng)物模型。

不過，對(duì)于培養(yǎng)一個(gè)更成熟的心臟器官——擁有所有的腔室和結(jié)構(gòu)，這是該領(lǐng)域未來課題。不過在十年內(nèi)可能很難看到，這還有很長的路要走。

Mendjan團(tuán)隊(duì)也計(jì)劃培育具有多個(gè)腔室的心臟類器官，就像真正的人類心臟那樣。許多先天性心臟病發(fā)生在心室開始形成的時(shí)候，所以多腔模型將幫助醫(yī)生更好地了解缺陷是如何在胎兒中發(fā)展的。