11月19日在生物醫(yī)學(xué)雜志PNAS上發(fā)表的一項(xiàng)基礎(chǔ)研究，鑒定了與心臟功能緊密相關(guān)的理想結(jié)構(gòu)和細(xì)胞比率。研究者利用組織收縮的計(jì)算模型和結(jié)合微加工約束的總成力學(xué)，設(shè)計(jì)了人多能干細(xì)胞（hPSC）來(lái)源的均衡的、功能性的心臟微組織。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)也指引研究者構(gòu)建了*例與心律不齊有關(guān)的三維循環(huán)組織活體模型。
健康和預(yù)測(cè)性的人類(lèi)心臟組織功能的體外模型，能夠?qū)ξ覀儥z測(cè)新藥和理解心臟疾病產(chǎn)生變革性的影響。然而，盡管科學(xué)家們?yōu)橹冻隽肆司薮蟮呐?，高保真度的成人心臟組織類(lèi)似物的產(chǎn)生仍然具有挑戰(zhàn)性。多倫多大學(xué)生物材料和生物醫(yī)學(xué)工程研究所（IBBME）和McEwen再生醫(yī)學(xué)中心的研究者們，系統(tǒng)地探索了多能干細(xì)胞來(lái)源的組織工程心肌組織的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。他們?cè)u(píng)估了諸如組織重建過(guò)程中的生物力學(xué)應(yīng)力、輸入細(xì)胞成分、電刺激和組織幾何學(xué)的參數(shù)。利用組織收縮的計(jì)算模型和結(jié)合微加工約束的總成力學(xué)，設(shè)計(jì)了人多能干細(xì)胞（hPSC）來(lái)源的均衡的、功能性的心臟微組織，稱(chēng)為心臟微絲（CMWs）。
這項(xiàng)研究成果發(fā)表在11月19日生物醫(yī)學(xué)雜志PNAS上，是嘗試定義和制定產(chǎn)生高功能心臟組織的類(lèi)型和細(xì)胞類(lèi)型比率的一項(xiàng)研究。該研究表明，一個(gè)3D的基于矩陣的微環(huán)境、單軸的力學(xué)應(yīng)力、心肌細(xì)胞與成纖維細(xì)胞混合組成的一個(gè)特殊組合，能夠改善體外組織工程心肌組織的性能和成熟狀態(tài)。
該研究的*作者、IBBME博士研究生Nimalan Thavandiran稱(chēng)，“心臟不僅僅由單一類(lèi)型的細(xì)胞組成。”但是，直到目前，科學(xué)家們還不知道在組織工程心臟組織中如何將不同細(xì)胞類(lèi)型以這樣一種方式——組織達(dá)到人自然心臟的組成和成熟水平——進(jìn)行混合。
Thavandiran通過(guò)系統(tǒng)地分離出人類(lèi)多能干細(xì)胞來(lái)源的不同細(xì)胞類(lèi)型，再將它們地混合在一起，從而揭開(kāi)了這個(gè)謎團(tuán)。利用與功能性心臟——收縮、電活動(dòng)和細(xì)胞排列——有關(guān)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，Thavandiran開(kāi)發(fā)了一個(gè)高功能心臟組織的公式。
Thavandiran強(qiáng)調(diào)，“細(xì)胞的組成是至關(guān)重要的。我們發(fā)現(xiàn)，25%的心肌成纖維細(xì)胞（類(lèi)皮膚細(xì)胞）與75%的心肌細(xì)胞（心臟細(xì)胞）的一個(gè)混合，起到效果。”然后，這些按比率組成的細(xì)胞，生長(zhǎng)在模擬人心臟組織結(jié)構(gòu)的三維“電線”中。
本文的通訊作者、IBBME和McEwen再生醫(yī)學(xué)中心的干細(xì)胞生物工程加拿大科學(xué)家Peter Zandstra教授強(qiáng)調(diào)：“我們這項(xiàng)研究的令人興奮的一個(gè)結(jié)果是，我們能夠使這些組織小型化到人心臟的微組織，這個(gè)微組織能夠用來(lái)檢測(cè)正常的和患病的人心臟對(duì)藥物的反應(yīng)。”通過(guò)探索心臟細(xì)胞的正確組成，研究者接下來(lái)設(shè)計(jì)了*三維的心律不齊組織模型。
每年有數(shù)百萬(wàn)人患心律不齊癥，這種疾病中，心臟的電脈沖反饋被打斷，使心臟不能有效地收縮和泵血。然而，根據(jù)正確的細(xì)胞組成，研究者能夠設(shè)計(jì)與心律不齊有關(guān)的循環(huán)組織模型。然后，研究者將電脈沖應(yīng)用到心律不齊組織中，將不規(guī)則搏動(dòng)的組織“跳到”一種規(guī)律收縮的狀態(tài)。
因?yàn)槿诵呐K細(xì)胞不容易生長(zhǎng)，因此心臟研究者而言，至關(guān)重要的是能夠設(shè)計(jì)來(lái)自人類(lèi)干細(xì)胞的高度功能性的心臟組織?；瘜W(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)系的核心成員、功能性心血管組織工程加拿大研究主席和IBBME的副教授、本文的通訊作者M(jìn)ilica Radisic指出，“我們現(xiàn)在能夠?qū)⑦@個(gè)組合的知識(shí)，跟電刺激和機(jī)械刺激結(jié)合起來(lái)，以獲得心臟研究所必需的一個(gè)真正的仿生系統(tǒng)。”
談到高功能性心臟組織對(duì)重要的藥物篩選研究的迫切需要，Thavandiran補(bǔ)充說(shuō)：“我們正在進(jìn)行一個(gè)很大的推動(dòng)，將這種模型推向市場(chǎng)。”研究團(tuán)隊(duì)一直以來(lái)都與再生醫(yī)學(xué)商業(yè)化中心（CCRM）合作，以使他們的這種組織模型平臺(tái)商業(yè)化。
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