人类心脏大约在怀孕3周后开始形成,即心脏发育的早期阶段处于女性通常还不知道自己怀孕的时期。此外,针对动物心脏的研究结果不能完全对应到人类心脏上。因此,科学家对人类心脏形成的许多细节知之甚少。为此,德国慕尼黑工业大学(TUM)诱导干细胞模仿人类心脏发育过程,得到了“微型心脏”。这种类器官可帮助研究人员深入了解心脏发育过程,寻找治疗心脏疾病的新方法。
TUM心血管疾病再生医学教授Alessandra Moretti团队报告了使用多能干细胞制造“微型心脏”的方法。他们将约3.5万个细胞放置在离心机中,使其旋转成一个球体,并在接下来的几周里,按照固定方案向细胞培养物中添加不同的信号分子。2021年,第一个被报告的心脏类器官同时具有心肌细胞和心内膜细胞。
而通过上述方法培育出的“微型心脏”直径仅0.5毫米,是第一种同时包含心肌细胞和心外膜细胞的类器官,其在电刺激下能像真正的心脏腔室一样收缩。除了成功制备类器官外,该团队还首次在心外膜类器官中发现了一种新的心脏祖细胞。通过对类器官中单个细胞的分析,他们确定这种细胞是在类器官发育的第七天左右形成的。上述发现可能为解释为何胎儿心脏可自我修复,但成年人心脏却不具备这种能力提供了线索。
此外,研究团队还利用一名努南综合征患者的多能干细胞,培育出了具备相应疾病特征的心脏类器官。研究人员计划用类似方法研究其他先天性心脏缺陷,以寻找治疗方法。