科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在胚胎中，器官會通過一種稱之為自組裝的方式來自發(fā)進(jìn)展，而且在發(fā)育過程中，細(xì)胞的基本構(gòu)件會相互作用，隨著器官結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和生長，其會四處移動并改變形狀。自組裝是自然界如何形成雪花晶體或鳥類的群體性行為的方式，這是很難進(jìn)行設(shè)計的。器官的自組裝要動態(tài)得多，對其，科學(xué)家們并不十分了解。
近日，來自維也納生物中心等機構(gòu)的科學(xué)家們發(fā)表了一項新的研究，他們成功地利用人類多能干細(xì)胞培育出了芝麻大小的心臟模型，成為心臟型類器官（cardioids），其能自發(fā)地自組裝并形成一個空腔，而并不需要實驗支架。這一研究進(jìn)展有望幫助科學(xué)家創(chuàng)建一些迄今為止最逼真的心臟器官。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Cell》雜志上。
此前，研究人員通過組織工程技術(shù)來建立3D心臟類器官，這一方法通常會涉及組裝細(xì)胞和支架，就好像利用磚頭和砂漿來建造房屋一樣，但這些工程化的類器官并不具有與人類心臟相同的應(yīng)對損傷的生理學(xué)反應(yīng)，因此往往不能作為良好的疾病模型。
在這項研究中，研究人員想在培養(yǎng)皿中通過自組裝來模擬器官的發(fā)育過程。他們通過激活參與胚胎心臟發(fā)育的六種已知的信號通路，以一種特定的順序來誘導(dǎo)干細(xì)胞進(jìn)行自組裝。隨著細(xì)胞的分化，這些干細(xì)胞開始形成獨立的類似心臟壁的層狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育一周后，自組裝成擁有封閉空腔的3D結(jié)構(gòu)，這是一種類似于人類心臟的自我生長軌跡。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，心臟類器官壁樣組織能夠有節(jié)律地收縮，將液體擠壓到空腔內(nèi)部中去。此外，他們分析了心臟類器官如何對組織損傷產(chǎn)生反應(yīng)。隨后，研究人員觀察心臟成纖維細(xì)胞（負(fù)責(zé)傷口愈合的一類細(xì)胞）會開始向損傷位點遷移并產(chǎn)生特殊蛋白來修復(fù)損傷。
這一研究結(jié)果表明，人類心臟類器官模型或能作為一種強大的平臺來解析心臟自組裝以及先天性心臟缺陷發(fā)生的分子機制，或為未來實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化奠定一定的基礎(chǔ)并提供新的思路。目前，研究人員正計劃培育出具有多個腔室的心臟類器官。
資訊出處：
[1]Pablo Hofbauer,Stefan M. Jahnel,et al.Cardioids reveal self-organizing principles of human cardiogenesis[J].Cell,2021,(6).
