Nat Commun：日本科学家设计出三维功能性心脏类器官
2020-09-21 Tokyo Medical and Dental University Science Daily
心脏发育是一个复杂的过程，一般来说很难在体外或实验室模拟。在一项新的研究中，东京医科和牙科大学（TMDU）的研究人员利用老鼠胚胎干细胞开发出三维功能性心脏类器官，这些细胞与发育中的心脏非常相似。
心脏发育是一个复杂的过程，一般来说很难在体外或实验室模拟。在一项新的研究中，东京医科和牙科大学（TMDU）的研究人员利用老鼠胚胎干细胞开发出三维功能性心脏类器官，这些细胞与发育中的心脏非常相似。
DOI: 10.1038/s41467-020-18031-5
类器官属于三维（3D）细胞培养物，包含其代表器官的一些关键特性，实现了对现有2D培养方法和动物模型系统的高信息量的互补。一方面可以帮我们更好地理解生物发育，此外，通过类器官繁殖的干细胞群取代受损或者患病的组织，类器官提供自体和同种异体细胞疗法的可行性，未来这一技术在再生医学领域也拥有巨大的潜力 。
心脏由多层组织组成，其中有许多不同的细胞类型，包括心肌细胞、结缔组织细胞和构成血管的细胞。这些细胞共同工作，来保证心脏的正常功能，从而不断地向身体其他部位供应新鲜的、含氧的血液。
在实验室里研究各种形式的心脏病，开发治疗这些疾病的新药，需要与真实心脏非常相似的疾病模型。有人曾尝试在体外培养心肌细胞，但这些细胞呈团块状，并不能成为像体内那样完整的组织器官。
“心脏的功能看似简单，但它是一个有着极其复杂结构的复杂器官，”这项研究的通讯作者Jiyoung Lee教授和Fumitoshi Ishino教授说，“为了达到这种复杂的结构，心脏在发育过程中接触到到无数的信号。我们希望利用对心脏发育过程中信号分子的了解，制造出比现有技术更加接近真实心脏发育过程的心脏类器官。”
为了实现目标，研究人员研究了体内心脏发育的相关因素，他们推测在胚胎心脏中表达的蛋白成纤维细胞生长因子4（FGF4）与一种由层粘连蛋白和内啡肽（LN/ET复合物），对于构建与真实胚胎心脏相似的心脏类器官是非常必要的。与此同时，根据结构和分子分析，暴露于FGF4和LN/ET的小鼠胚胎干细胞与发育中的心脏有相当大的相似性。
他们发现，心脏类器官的发育过程与活体中胚胎心脏发育过程中的形态学变化十分相似，在细胞水平上也有很高的相似性。更重要的是，心脏类器官还具有与体内心脏相近的功能特性。
“这个模型对于我们从分子水平研究研究心脏发育，以及测试治疗心脏疾病的药物有很大的帮助。”李教授说。
原始出处：Jiyoung Lee, Akito Sutani, Rin Kaneko,et al. In vitro generation of functional murine heart organoids via FGF4 and extracellular matrix. Nature Communications, 2020; 11 (1)
作者：Tokyo Medical and Dental University
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LN/ET复合物指的是层黏连蛋白/巢蛋白复合物，不是内啡肽。
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