心脏结构的复杂性，远超我们想象。长期以来，科学家成功在体外培养出了多种器官的类器官模型，却在心脏类器官上进展缓慢。

来自维也纳奥地利科学院的科研团队，使用人类多能干细胞成功培养出全球首个体外自组织心脏类器官模型。该模型可自发形成空腔，自主跳动，无需支架支持。同时，这种心脏类器官在受伤后可以自主动员心脏成纤维细胞迁移修复损伤。以上进展来自当地时间5月20日国际权威学术期刊《细胞》（Cell）。奥地利科学院分子生物技术研究所的干细胞生物学家Sasha Mendjan是该论文的通讯作者。

心脏类器官发展历程较艰难

类器官，是指一种能在体外环境培养的具有三维结构的微器官，拥有真实器官类似的复杂结构，能够部分模拟真实器官的生理功能。借助类器官，人们可以深入观察了解器官的生长发育过程，了解疾病的发生原因。同时，类器官在器官移植和药物筛选上也颇具前景。

此前，人们已经成功培养出脑、肠道、胃、肝脏、胰腺、皮肤、肺、肾脏、舌、甲状腺、胸腺、睾丸、视网膜等。然而，在心脏类器官领域一直进展缓慢。

此前，在体外培养心脏类器官的过程中，研究人员发现，心肌细胞往往以团块形式存在，而不会形成体内常见的组织结构，因此无法很好地构建体外模型进行心脏疾病的研究。

直到3D类器官技术出现后，人们才成功在体外构建出心脏类器官。所谓3D类器官技术，就好比用砖和钢筋水泥盖房子，先用组织工程技术建造一个支架，然后让心肌细胞来填充，形成所谓的心脏类器官模型。

全球首个人体心脏类器官模型诞生

以组织工程技术为基础的3D类器官技术可以帮助人类建立心脏类器官模型，但是由于类器官模型在搭建过程中不是细胞自发组织形成的，这种类器官在器官发育和药物筛选方面，用处十分有限。

为了创造出能像胚胎中细胞一样自组织的类心脏器官，这项新研究的作者们对具有分化成任何组织能力的人类多能干细胞进行了编程，使其分化成各种类型的心脏细胞。他们的目标是创造出存在于心腔壁的三层组织层，这是心脏最早发育的部分之一。Mendjan团队以特定的顺序激活所有参与胚胎心脏发育的6个已知信号通路，诱导干细胞自我组织。随着细胞分化，它们开始形成不同的层——类似心脏壁的结构。

发育1周后，类器官在结构上相当于25天胚胎的心脏。在这个阶段，心脏只有一个心室，这将成为成熟心脏的左心室。类器官直径约为2 mm，包括这一发育阶段常见的主要细胞类型：心肌细胞、上皮细胞、成纤维细胞和心外膜。它们也有一个清晰的心室，每分钟跳动60到100次，这与相同年龄的胚胎心脏的速率相同。

随后，研究小组还测试了这一自组织形成的心脏类器官对组织损伤的反应。他们用一根冷冻过的钢棒冻结了部分心脏类器官的细胞，来模拟心脏受伤后的细胞死亡场景。研究人员发现，心脏类器官中的心脏成纤维细胞会立刻向损伤部位迁移，并合成一些蛋白质来修复损伤。

对于此次创造出的迄今为止最真实的心脏类器官，Mendjan表示，当其第一次看到它的时候，很惊讶这些心室可以自行形成。相比其他类器官，心脏类器官的成败显而易见，它会跳动。迄今为止，这颗“迷你心脏”已经在实验室中存活了3个多月，它将帮助科学家们了解心脏发育的前所未有的细节。

《科学》杂志引述雪城大学（Syracuse University）研究者称，这是一项伟大的研究。这项实验对于理解先天性心脏缺陷和人类心脏形成非常重要，此前这些工作都依赖于动物模型。

目前，这一研究仅生成了一个单腔的心脏类器官结构。下一步，该团队计划在体外合成具有多个腔室的心脏类器官，就像人类真实的心脏那样。

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