美培育出人类结肠“类器官”

作者: 企业 / 机械设备  发布:2019-12-18

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广东十一选五开奖结果,美国辛辛那提儿童医院日前宣布,该院科学家与本国同行合作,利用干细胞在实验室中培育出人类结肠“类器官”。移植到动物体内后表现出与天然结肠组织相似的功能。这将有助科学家深入研究和治疗消化道疾病。

近日,科学家在实验室中成功培育出了一颗迷你人类心脏——通过一颗大鼠的心脏。

美国科学家对从人体皮肤提取的多能干细胞进行遗传重组,培育出了一颗拥有人的心脏细胞的微心室。这颗小心脏能像完整大小的心脏那样跳动。研究人员表示,这种迷你器官可替代动物实验,筛查新药或测试药物对婴儿的影响,而且还将帮助科学家们揭示更多人体心脏形成和发育的秘密。

“类器官”是用干细胞在实验室里培育出的多细胞结构,虽然不是真正意义上的器官,但功能和生理反应相似,对医学研究有重要意义。此前人们已经培育出包括小肠和部分胃组织在内的多种“类器官”。

在这项研究中,科学家剥去了大鼠心脏上的细胞,只留下较为坚韧的“骨架”,然后在上面植入人类细胞,而这些细胞最终成功转化为了心脏细胞。研究人员称,这项突破或许将带来药物试验的革命,使新研发的药物可以在人工心脏上进行试验;同样的技术未来或许还能用于实验室培育可供移植的心脏。

该研究的合作者、加州大学伯克利分校生物工程学教授凯文希利7月15日接受英国每日邮报采访时说:我们相信,这是首个在试管中培育出的人体微心室。这一技术或能帮助我们快速筛查出可能导致胎儿罹患先天性心脏病的药物。

结肠是人类消化道末段,由于缺少胚胎阶段的发育数据等原因,培育结肠比培育消化道其他部分更难。研究小组利用动物模型展开分子和遗传筛查,并结合多个数据库,确定了刺激干细胞发育成结肠的关键生长因子。

在美国心脏学会近期于俄勒冈州波特兰市举行的 “2017年美国基础心血管科学会议”上,研究者汇报了这项突破性成果。心脏疾病已经成为美国的头号致死病因,而这项成果将使科学家能更容易地开展心脏疾病研究。

他与加州大学旧金山分校格拉德斯通心血管疾病研究所研究员布鲁斯康克林使用生物化学和生物物理学方法,促使干细胞分化并自我组织成这个包括微心室在内的微型心脏组织。相关研究发表在最新一期的《自然通讯》杂志上。

研究人员利用人类多能干细胞培育出肠管状的组织,并在其中加入这种生长因子,成功启动了一段与身体结构相关的基因代码,促使细胞发育形成结肠“类器官”。移植到实验鼠体内发育6到10周后,这一“类器官”的形态、结构、分子和细胞特性等都与人类结肠相似。相关论文发表在美国新一期《细胞-干细胞》杂志上。

迷你心脏将使新药的安全性和药效测试更容易进行,并将有助于开发人工培育心肌细胞的新方法。研究人员希望,通过这种方法,未来或许能培育出用于心脏移植的、功能齐全的人工心脏。

为了测试这套系统作为药物筛查工具的潜力,研究人员让正在分化的细胞同可能会导致严重的先天缺陷的药物利度胺接触。他们发现,在正常的治疗剂量下,这一药物会导致微心室的发育出现反常,包括大小不断萎缩、肌肉收缩和心律降低等问题。

人类消化道疾病和其他动物不太一样,因此动物模型不能很好重现人类疾病的发展过程。培育出人类的结肠“类器官”,有助于科学家建立准确的消化道疾病模型,研究人体肠道细菌对健康的影响,并试验新型药物。未来,“类器官”还可能用于移植手术。

在实验中,研究人员从大鼠体内取出了一颗心脏,然后采用被称为“4-流插管”的技术培育迷你人体心脏。这项技术是将一种溶剂注入静脉和动脉网络,使研究人员可以剥去小鼠的心脏细胞,同时保留整个心脏内部的基质,用于重新填充人类的心脏细胞。

康克林说:每年约有28万名孕妇接触对胎儿产生潜在危险的药物,其中,最常见的先天缺陷就包括心脏病,最新系统或许能大幅降低孕妇接触有毒药物的几率。而且,尽管最新研究主要强调的是心脏组织,但新技术有潜力培育出其他身体器官。

剥去心脏细胞后留下的“支架”其实就是心脏的框架,由胶原质和其他蛋白质组成。实验过程中心脏的血管保持完整,心脏瓣膜和4个腔室也维持原来的结构,只是后来在上面生长的是人类细胞。整颗心脏的内部一直维持着正常的血液循环,并以此刺激心脏腔室的机械性扩张。

此前,科学家们主要使用实验鼠的心肌细胞来对心脏微组织进行研究,但这并非理想的人类疾病研究模型。由人的干细胞发育而成的迷你心脏彻底改变了这一做法,未来将可以替代动物实验。

“通过啮齿类动物器官的脱细胞化和再细胞化来开发迷你人体器官,将为基础研究和药理学应用研究提供更高质量的活体移植模型,”研究负责人、瑞典制药巨头阿斯利康制药公司的Duong Nguyen博士说,“我们主要关注如何保持大鼠心脏的内循环网络,方法是对上腔静脉、升主动脉、肺静脉和肺动脉——所谓的4-流——进行插管。”

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研究人员表示,这种方法要比之前的兰氏心脏离体灌流法——将溶剂注入大鼠心脏——更为先进。“最大的优势在于同时接入冠状动脉和心静脉,” Duong Nguyen博士说,“以此实现心脏彻底再细胞化和进行心室机械刺激的目的。”

扫描结果显示,这颗迷你心脏的血管和瓣膜功能都正常。Nguyen博士表示:“这个迷你人体心脏是一个复杂的活体模型,将为器官移植研究带来革命性影响。”科学家相信,有朝一日我们将可以从猪等动物身上取出心脏,然后用病人自己的细胞培育出可供移植的人体心脏。

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