心脏病|用于模拟心脏病发作时的生理状态的人体心脏器官
据统计 ， 每40秒就有一个人心脏病发作 ， 但至今还没有一个模型可以完全模拟心脏病发作后心脏的变化 。
南卡罗莱纳医科大学(MUSC)和克莱姆森大学(Clemson University)的一组研究人员最近在《自然生物医学工程》(Nature Biomedical Engineering)杂志上发表文章称 ， 他们已经研制出直径小于1毫米的人体心脏类器官 ， 与心脏病发作时的生理状况非常相似 。
该团队由生物工程师Ying Mei博士领导 ， 他在MUSC和克莱姆森大学担任联合教职 。
他是MUSC Clemson生物工程项目的一部分 ， 该项目将克莱姆森大学生物工程师和生物工程博士生安置在南卡罗莱纳医科大学校园 ， 以便他们能够与需要工程解决方案的临床医生进行交流 。
这篇文章的第一作者Dylan Richards博士是这个联合项目的毕业生 。
本文插图
我们基本上能够利用心脏病发作的3D复杂性 ， 然后缩小成一个微组织模型 。 ”
——Dylan Richards博士 ， 第一作者
类器官是直径小于1毫米的三维多细胞组织 。 这些类器官 ， 或称微组织 ， 功能和它们的全尺寸对应物一样 。 在这种情况下 ， 心脏器官实际上会像人类心脏一样跳动和收缩 。 这个模型使用诱导多能干细胞 ， 几乎像“亲本细胞” ， 分裂和成熟为几种类型的心脏细胞相互作用和自我组装形成类器官 。
传统上 ， 生物学家使用培养皿中的细胞或动物模型(如小鼠或大鼠)来模拟正在研究的疾病 。 这些方法都有各自的缺点 ， 但有机体模型克服了这些缺点 。
培养皿中的细胞有利于细胞层面的学习 ， 但细胞在平面上二维生长是非常不自然的 。 动物模型对于进一步概括人体发生的变化非常有用 ， 但器官体 ， 尤其是心脏器官 ， 是最接近于重现人体发生的变化的 。
Richards解释说:“老鼠的心脏跳动速度是人类的5到10倍 。 ” “这些生理机制如何工作——电生理学和泵浦作用——只是因为规模不同而不同 。 ”
新程序通过心脏修复治疗病人患有复发性晕厥相反,心脏的心脏瀑样再现人类版本和相似组织功能障碍发生后缺氧引起的心脏病 。
由于很难在心脏病发作后立即获得样本 ， 我们对心脏病发作的大部分了解来自于在最初的缺氧之后很长时间的观察 。
有机体模型填补了这一空白 ， 使得在缺氧后可以立即可视化 。
“这可以帮助我们更好地理解细胞在短期内是如何反应的 ， 反过来 ， 这又是如何为长期的损伤让路的 ， ”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的结果 。
Richards解释说:“这可以帮助我们确定一种药物是否能够有效地防止这种损害 ， 或者防止因氧气短缺而产生的有害反应 。 ”
【心脏病|用于模拟心脏病发作时的生理状态的人体心脏器官】该模型还可以提供一种方法 ， 来测试一种对健康心脏安全的药物对患病心脏是否也安全 。 这些信息可以指导医生更恰当地为心脏病发作时已有心脏病的患者开药 。
简而言之 ， 该模型为研究人员提供了一种他们以前从未有过的对心脏病发作早期事件的了解 。
但是Mei打算通过加入免疫细胞使这个模型变得更好 。
免疫细胞负责清除因心脏病发作而死亡的细胞 ， 但通过这样做 ， 他们可以确定免疫细胞如何在因缺氧而受损的心脏组织重组中发挥作用 。 Mei 希望研究它们是如何做到这一点的 ， 以防止心脏受损但仍有生命的区域死亡 。
Mei 还想研究患者的基因对其结果的影响 。 他的实验室目前正致力于从病人的细胞中创造器官 ， 其结果各不相同 。 这些类器官可以帮助我们更全面地了解病人的特定基因是如何影响他或她的康复的 。
“我们不是第一个概括细胞甚至组织水平反应的人 。 但我认为 ， 我们是第一个概括器官层面反应的人 。 ” Mei 说 。
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