培养板上成长心脏组织测试药物

由美国国立卫生研究院资助的一个研究小组已经生产了一种新的系统，在培养板上成长心脏组织未分化的干细胞。这个心脏在一个芯片上是可以用来模拟在怀孕期间早期规定的心脏发育药物的一个缩影生理系统。

 

研究者的技术是一个微型的图案，让细胞之间的相互关系在生理相关的方式和建立文化心脏般的相互作用。该小组由凯文·希利博士，生物工程加州大学伯克利分校的教授，从使用人供体的皮肤产生干细胞。这些成体干细胞是遗传重新编程，以恢复他们成为各种细胞类型的能力。

 

今年年初，希利的团队成员报告了类似的技术，而是一个已经使用的转化心脏细胞，模仿跳动的心脏组织。这个新的研究开始与未分化的干细胞，研究人员放置在图案化表面上限制了它们的细胞集落的形状。15天之后被沉积在微图案，将细胞在周边响应生物力学应力和张力，并发展成肌成纤维细胞，一种类型的细胞的结缔组织和肌肉的特性。在内部细胞变成跳动的心肌细胞。希利和他的团队惊讶地观察到干细胞具有自组织。

 

“通常情况下，这些细胞停留在2D格式或多层格式，但像叠煎饼，”他说。“这是完全不同的 - 他们创造一个微室。”

 

组织成腔细胞的新的3D配置是类似于人的心脏泵机制。与此相反的外细胞，那些在中心表达的蛋白质为心脏组织发育的细胞调节剂。

 

然后，研究人员使用了新的药物为沙利度胺模拟通过心脏组织，已知会导致心脏缺陷的药物，以评估其作为药物筛选的潜力。他们观察到，该室发展受损，而且组织致使降低速率与未出现的组织相比。

 

“我们相信这是第一个例子，说明一个发展中的人的心脏腔体外的过程中，”希利说，并称在微腔发展的为期15天的观察，“可以帮助我们快速筛选药物可能产生心脏诞生缺陷，引导决定哪些药物在怀孕期间的危险。“

 

美国食品和药物管理局建议孕妇要特别小心权衡风险和服用药物的好处，并指出，并不是所有的药品是安全的怀孕期间服用。即使日常的药品，比如一些过度的非处方止痛药，可以是不健康的对孕妇和怀孕期间胎儿在某些点。女性应经常停止或启动一个药物而怀孕或试图怀孕前咨询专业医务人员。

 

“希利博士和他的团队已经向我们表明，这些microphysiological系统的力量是一个很好的例子，”罗斯玛丽Hunziker博士，组织工程与再生医学生物医学在成像和生物工程研究所所长（NIBIB）说。“通过提供什么药物致使组织工作停止或减缓的重要成分，他们可以在重复的图案验证。然后，他们可以使用这些类似的元素来测试许多不同的药物组合和方案。这是看一个大范围的可能的重要途径药物作用，并应有助于简化药物开发。“

 

其技术不限于心脏组织建模，并可能潜在地可用于其它器官类型。随着进一步的发展，这样的人细胞和组织模型可以是一种可能的选择，以基于动物的药物筛选。利用人体细胞和组织在这些微系统会规避由人类和动物之间的生物学差异所造成的动物药物测试的局限性。

 

希利的小组将调查发展细胞以引起其转换到不同的细胞类型，例如心脏壁与内脉动的细胞，其作用的生物物理和生物化学的条件。研究人员将利用健康和患病心脏组织模型的研究。

 

“如果我们成功地完成我们的目标，早期心脏发育的这种模式可以大大改善目前的方法来筛选药物的安全性和妊娠分类，”希利说。“我们也期待它会识别通常与心脏发育相关心脏病的遗传和环境基础是有用的。”