心臟病每年導(dǎo)致1800萬人死亡，但新療法的開發(fā)面臨瓶頸，且到目前為止，還沒有整個人類心臟的生理模型。現(xiàn)在，奧地利科學(xué)院分子生物技術(shù)研究所（IMBA）研究團(tuán)隊培育出第一個生理類器官模型，該模型包括所有主要的心臟發(fā)育結(jié)構(gòu)，使科學(xué)家能夠推進(jìn)藥物開發(fā)、毒理學(xué)研究。研究成果發(fā)表在28日的《細(xì)胞》雜志上。
2021年，研究人員曾展示了第一個由人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞形成的腔室狀類器官心臟模型。這些自組織心臟類器官或心形器官，概括了胚胎發(fā)生早期心臟左心室的發(fā)育。這是因為大多數(shù)成人疾病都會影響左心室，左心室將含氧血液泵入全身。但先天性缺陷也會影響其他心臟區(qū)域，這些區(qū)域?qū)⒑途S持血液循環(huán)至關(guān)重要。
此次新研究中，IMBA團(tuán)隊擴(kuò)展了以前的工作，首先單獨推導(dǎo)出了每個發(fā)育中的心臟結(jié)構(gòu)的類器官模型。他們讓所有這些類器官共同發(fā)育，以期得到一個像早期人類心臟一樣協(xié)調(diào)跳動的心臟模型。
在左心室和右心室以及心房類器官一起生長后，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，電信號（心臟通過各種離子交換產(chǎn)生電流）從心房傳播到左心室，然后傳播到右心室，就像動物早期胎兒心臟發(fā)育一樣。這是研究人員首次在人類心臟模型中觀察到這一基本過程。
在原理驗證中，團(tuán)隊建立了一個缺陷篩查平臺，研究了已知的致畸劑和突變?nèi)绾瓮瑫r影響數(shù)百種心臟類器官；此外，團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)3個心臟轉(zhuǎn)錄因子基因的突變，導(dǎo)致了人類發(fā)育中可見的腔室特異性缺陷。
未來，這一多腔心臟類器官亦可用于毒理學(xué)研究，開發(fā)具有心腔特異性作用的新藥；而從患者來源干細(xì)胞開發(fā)出的心臟類器官，還將有助對發(fā)育缺陷的了解、治療和預(yù)防。
