由美國國立衛(wèi)生研究院資助的一個(gè)研究小組已經(jīng)生產(chǎn)了一種新的系統(tǒng)，在培養(yǎng)板上成長心臟組織未分化的干細(xì)胞。這個(gè)心臟在一個(gè)芯片上是可以用來模擬在懷孕期間早期規(guī)定的心臟發(fā)育藥物的一個(gè)縮影生理系統(tǒng)。

 

研究者的技術(shù)是一個(gè)微型的圖案，讓細(xì)胞之間的相互關(guān)系在生理相關(guān)的方式和建立文化心臟般的相互作用。該小組由凱文·希利博士，生物工程加州大學(xué)伯克利分校的教授，從使用人供體的皮膚產(chǎn)生干細(xì)胞。這些成體干細(xì)胞是遺傳重新編程，以恢復(fù)他們成為各種細(xì)胞類型的能力。

 

今年年初，希利的團(tuán)隊(duì)成員報(bào)告了類似的技術(shù)，而是一個(gè)已經(jīng)使用的轉(zhuǎn)化心臟細(xì)胞，模仿跳動(dòng)的心臟組織。這個(gè)新的研究開始與未分化的干細(xì)胞，研究人員放置在圖案化表面上限制了它們的細(xì)胞集落的形狀。15天之后被沉積在微圖案，將細(xì)胞在周邊響應(yīng)生物力學(xué)應(yīng)力和張力，并發(fā)展成肌成纖維細(xì)胞，一種類型的細(xì)胞的結(jié)締組織和肌肉的特性。在內(nèi)部細(xì)胞變成跳動(dòng)的心肌細(xì)胞。希利和他的團(tuán)隊(duì)驚訝地觀察到干細(xì)胞具有自組織。

 

“通常情況下，這些細(xì)胞停留在2D格式或多層格式，但像疊煎餅，”他說。“這是完全不同的 - 他們創(chuàng)造一個(gè)微室。”

 

組織成腔細(xì)胞的新的3D配置是類似于人的心臟泵機(jī)制。與此相反的外細(xì)胞，那些在中心表達(dá)的蛋白質(zhì)為心臟組織發(fā)育的細(xì)胞調(diào)節(jié)劑。

 

然后，研究人員使用了新的藥物為沙利度胺模擬通過心臟組織，已知會(huì)導(dǎo)致心臟缺陷的藥物，以評(píng)估其作為藥物篩選的潛力。他們觀察到，該室發(fā)展受損，而且組織致使降低速率與未出現(xiàn)的組織相比。

 

“我們相信這是第一個(gè)例子，說明一個(gè)發(fā)展中的人的心臟腔體外的過程中，”希利說，并稱在微腔發(fā)展的為期15天的觀察，“可以幫助我們快速篩選藥物可能產(chǎn)生心臟誕生缺陷，引導(dǎo)決定哪些藥物在懷孕期間的危險(xiǎn)。“

 

美國食品和藥物管理局建議孕婦要特別小心權(quán)衡風(fēng)險(xiǎn)和服用藥物的好處，并指出，并不是所有的藥品是安全的懷孕期間服用。即使日常的藥品，比如一些過度的非處方止痛藥，可以是不健康的對(duì)孕婦和懷孕期間胎兒在某些點(diǎn)。女性應(yīng)經(jīng)常停止或啟動(dòng)一個(gè)藥物而懷孕或試圖懷孕前咨詢專業(yè)醫(yī)務(wù)人員。

 

“希利博士和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)向我們表明，這些microphysiological系統(tǒng)的力量是一個(gè)很好的例子，”羅斯瑪麗Hunziker博士，組織工程與再生醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)在成像和生物工程研究所所長（NIBIB）說。“通過提供什么藥物致使組織工作停止或減緩的重要成分，他們可以在重復(fù)的圖案驗(yàn)證。然后，他們可以使用這些類似的元素來測(cè)試許多不同的藥物組合和方案。這是看一個(gè)大范圍的可能的重要途徑藥物作用，并應(yīng)有助于簡化藥物開發(fā)。“

 

其技術(shù)不限于心臟組織建模，并可能潛在地可用于其它器官類型。隨著進(jìn)一步的發(fā)展，這樣的人細(xì)胞和組織模型可以是一種可能的選擇，以基于動(dòng)物的藥物篩選。利用人體細(xì)胞和組織在這些微系統(tǒng)會(huì)規(guī)避由人類和動(dòng)物之間的生物學(xué)差異所造成的動(dòng)物藥物測(cè)試的局限性。

 

希利的小組將調(diào)查發(fā)展細(xì)胞以引起其轉(zhuǎn)換到不同的細(xì)胞類型，例如心臟壁與內(nèi)脈動(dòng)的細(xì)胞，其作用的生物物理和生物化學(xué)的條件。研究人員將利用健康和患病心臟組織模型的研究。

 

“如果我們成功地完成我們的目標(biāo)，早期心臟發(fā)育的這種模式可以大大改善目前的方法來篩選藥物的安全性和妊娠分類，”希利說。“我們也期待它會(huì)識(shí)別通常與心臟發(fā)育相關(guān)心臟病的遺傳和環(huán)境基礎(chǔ)是有用的。”