首個功能正常的微型人類心臟模型誕生，可用於研究心血管疾病

密西根州立大學的研究人員，首次在實驗室中創建了微型人體心臟模型，該模型具有所有主要心肌細胞、腔室和血管組織的心臟正常運轉所需結構。

圖｜在限定條件下模擬人類早期心臟發育的心臟類器官的產生（來源：bioRxiv）

在美國，心臟病是第一大死亡原因。密西根州立大學定量健康科學與工程研究所的高級作者兼生物醫學工程學助理教授埃託爾·阿奎爾（Aitor Aguirre）說：「這些微型心臟構成了難以置信的強大模型，可以前所未有的精確度研究各種心臟疾病。」

目前，這項研究以《在特定條件下模擬人類早期心臟發育的心臟器官的生成》（Generation of Heart Organoids Modeling Early Human Cardiac Development Under Defined Conditions）為標題發表在 bioRxiv 預印本上。

據悉，人類心臟類器官簡稱 hHOs，是通過模仿胚胎和胎兒發育環境的新型幹細胞框架創建的。該研究的第一作者，阿奎爾實驗室的研究生尤納坦·以色列（Yonatan Israel）表示，類器官意思是「類似於器官」，它是自組裝的 3D 細胞構造，可以在很大程度上概括器官的特性和結構。

這項研究採用了生物工程過程，該過程利用誘導的多能幹細胞（通過發病成年細胞，觸發培養皿中的胚胎樣心臟發育而來）在幾周後產生功能性迷你心臟。這些幹細胞已經從病人那裡獲得授權，因此沒有道德方面的顧慮。

阿奎爾說：「這一過程使幹細胞基本上可以像在胚胎中那樣，發育成心臟中的各種細胞類型和結構。」由於類器官遵循自然的心臟胚胎發育過程，因此研究人員實時研究了實際胎兒心臟的自然生長。

與當前昂貴、費力且不易擴展的組織工程方法相比，該技術可以更容易地同時創建多個 hHO。胎兒心臟發育和先天性心臟缺陷研究面臨的主要問題之一，正是獲得心臟發育的機會。此前，研究人員僅使用哺乳動物模型，如捐贈胎兒遺體和體外細胞來進行研究。

但是本次研究給這一局面帶來改變，阿奎爾說：「現在，我們可以兩全其美了，無需使用胎兒材料或違反道德原則就可以研究一種精確的人體模型，即通過一顆微小的人的心臟。這是向前邁出的一大步。」

因為該心臟類器官可以顯示胎兒心臟如何發展的前所未有的細節。阿奎爾表示：「在實驗室中，我們目前正在使用心臟類器官來模擬先天性心臟病，這是人類中最常見的先天性缺陷，影響了近 1％ 的新生兒。」 「有了心臟類器官，我們就可以研究先天性心臟病的起源並找到阻止其發展的方法。」
儘管 hHO 很複雜，但遠非完美。對於該團隊而言，改進最終的類器官，是未來研究的一個重點。類器官是胎兒心臟的小模型，具有代表性的功能和結構特徵。但是，它們還沒有人類的心臟完美。這也正是該團隊正在努力的方向。

阿奎爾所在團隊對這些微型心臟的廣泛適用性感到非常興奮。它們具有前所未有的能力，因此可用來研究與心血管有關的疾病，比如化療引起的心臟疾病、妊娠期糖尿病對胎兒心臟發育的影響等。