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心臟類器官-培養皿中的0.5毫米

又一個有機會減少動物實驗、加速藥物開發的研究出來啦!

位於德國的慕尼黑工業大學 (Technische Universität München)近日發表其研究,以誘發幹細胞的方式,模擬心臟的成形和發展。結果成功開發出”迷你心臟”,也就是心臟的類器官(organoid)。未來能應用在心臟早期發展的研究,也便於心臟疾病的研究。簡言之,就是一個在培養皿中以幹細胞開發出來的心臟類器官,只有0.5毫米大小,有前所未有的突破。

還有很多未知

心臟是人體唯一且必須的器官。沒有心臟生命也就沒辦法延續。但實際上科學家對心臟已知的東西和未知的東西都很少。人類的心臟在受孕後約三星期開始形成,這時候懷孕的婦女可能還不知道自己已經懷孕。也因此,科學家對於心臟在體內如何的發展,仍缺乏資訊和知識。我們從動物研究上得到的資訊,很難完全移轉到人類身上套用。

如何開發出來

35000個細胞的球狀物

這項研究的作者Alessandra Moretti教授團隊,以多能性幹細胞(pluripotent stem cells)開發出迷你心臟,以大約 35,000 個細胞在離心機中旋轉成一個球體。數個星期後,在細胞培養中以一定的步驟加入訊號分子。這裡要做是模擬身體內訊號傳遞的路徑,這個路徑也就是控制心臟發展的程序。這樣開發出來的心臟類器官,直徑大約只有0.5毫米,真的很小。這個類器官不會幫浦出血,但可以電訊號去激發,能夠像人類的心室收縮。

世界第一

這是世界上第一個成功建立包含心肌細胞(cardiomyocytes) 和心外膜(epicardium)的心臟類器官。聽起來很驚訝?事實上,心臟類器官的開發歷史非常短,第一個是在2021年,當時開發出來只有心肌細胞(cardiomyocytes)和心內膜(endocardium)。而現在的世界第一,特色在有心外膜。那麼,有心外膜細胞能如何呢?要了解心臟如何成形,心外膜細胞具有決定性因素。心臟的其他細胞,例如連接組織和血管,都是由這些細胞形成。此外,心外膜也在形成心室這件事扮演重要角色。這個世界第一,具有心外膜細胞的心臟類器官,研究團隊將其命名為epicardiods。

研究帶來什麼

發現新細胞

此研究在開發出心臟類器官的同時,也有了新的發現。透過對個別細胞的分析,他們發現一種最近在老鼠身上發現的前驅細胞,在類器官發展的第七天左右成形,而心外膜由這些細胞形成。如果我們假設這些細胞也存在人類體內,那麼這樣的觀察就能幫助了解為什麼胎兒的心臟可以自我修復,但是成人的心臟細胞就沒辦法做到!在外來,這樣的研究也能幫助心臟疾病找到新的治療方法。

個人的類器官

現在精準醫療觀念越來越開放,大家都希望可以產出針對個人的醫藥。如果能針對個人產出類器官,想必對於疾病的研究和治療有很大的影響力。以嬰兒心臟疾病中的「汝南氏症候群」(Noonan Syndrome)為例,研究團隊以患者的多能性幹細胞產出心臟類器官,在培養皿中模擬其特性。以同樣的方式,未來數個月也有機會能對其他先天心臟疾病做調查。只要可以類器官模擬心臟,就能用藥物在上面進行測試。當然,這樣的應用,在藥物開發上也能減少動物實驗。

專利

這套產出心臟類器官的流程,已經在國際上註冊專利。這也是德國的慕尼黑工業大學數個類器官專案中的一個。依據他們的新聞稿,未來也會對胰臟、腦和心臟等地類器官,以先進的影像和細胞分析技術來研究器官的形成、癌症和神經再生疾病,執行跨學科的研究,達成人體3D系統醫學。

文章參考: Technical University of Munich

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By BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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