Cell：自我组织的人类心脏类器官

位于维也纳的奥地利科学院的生物学家Sasha Mendjan和他的团队使用人类多能干细胞培养出芝麻大小的心脏模型，称为心脏样体（cardioids，生物通注），它可以自发地自我组织，在不需要实验支架的情况下发展出一个空心的房间。这项进展，允许创造一些迄今为止最真实的心脏类器官，发表在5月20日的Cell杂志上。

此前，科学家们已经通过组织工程制造出了3D心脏类器官，这种方法通常需要组装细胞和支架，就像用砖块和砂浆建造房子一样。但是，这些工程类器官对损害的生理反应不像人类心脏那样，因此往往不能作为良好的疾病模型。

“组织工程在很多方面都非常有用，比如，如果你想测量收缩，”Mendjan说。但在自然界中，器官不是这样形成的。在胚胎时期，器官通过一个叫做自组织的过程自发地发育。在发育过程中，细胞组成部分相互作用，随着器官结构的出现和生长而四处移动和改变形状。

“自组织是自然形成雪花晶体或鸟类群体行为的方式。这很难设计，因为似乎没有计划，但仍有一些非常有序和有力的东西出现了。”“器官的自组织更有活力，很多事情我们不了解。我们认为这种“隐藏的魔法”的发展，我们还不知道的东西，是目前疾病没有被很好地建模的原因。”

Mendjan和他的团队想要通过在盘子里的自组织来模拟发展。他们以特定的顺序激活所有参与胚胎心脏发育的六个已知信号通路，诱导干细胞自我组织。随着细胞分化，它们开始形成不同的层，类似于心脏壁的结构。经过一周的发育，这些类器官自组织成一个有封闭腔的3D结构，类似人类心脏的自发生长轨迹。此外，研究小组还发现心脏样的壁状组织有节奏地收缩，挤压腔内的液体。

Mendjan说:“这并不是说我们在使用与其他研究人员不同的东西，而是我们在使用所有已知的信号。”他补充说，不是所有的途径都需要引导干细胞成为心脏细胞。“所以他们想，‘好吧，它们在体外没有必要。’但事实证明，所有这些途径都是必要的。它们对细胞自我组织成器官非常重要。”

该团队还测试了心脏类物质对组织损伤的反应。他们用一根冷钢棒冷冻小心脏的部分部位，并杀死该部位的许多细胞。细胞死亡通常是在诸如心脏病发作等损伤后观察到的。研究小组立即发现，心脏成纤维细胞——一种负责伤口愈合的细胞——开始向损伤部位迁移，并产生修复损伤的蛋白质。

“我们希望人类的心脏模型能够更加自然地发展，从而能够预测疾病，”Mendjan说，“通过这种方式，制药公司将更愿意将更多药物引入临床试验，因为他们对试验结果更加确定。”

该团队计划培育具有多个腔室的心脏类器官，就像在真正的人类心脏中看到的那样。许多先天性心脏病发生在其他心室开始形成的时候，所以多腔模型将帮助医生更好地了解缺陷是如何在胎儿中发展的。