修补伤心的新策略?

北卡罗来纳州达勒姆—通过在实验室中模仿胚胎干细胞发育为心肌的方式,杜克大学的生物工程师认为,他们已迈出了重要的第一步,以实现生存“heart 补丁”修复因疾病而受损的心脏组织。

在使用小鼠胚胎干细胞的一系列实验中,生物工程师使用了自己设计的新型模具来制作三维“patch”由心肌细胞(称为心肌细胞)组成。新组织表现出心肌细胞的两个最重要的属性– —收缩和传导电脉冲的能力。这种霉菌看起来很像一块Chex谷物,研究人员在其中改变了孔的形状和长度,以控制生长细胞的方向和方向。

研究人员在非常类似于天然组织中发现的环境中生长细胞。他们将细胞包裹在由凝血蛋白纤维蛋白组成的凝胶中,该凝胶为细胞提供了机械支撑,使其形成三维结构。他们还发现,心肌细胞仅在存在一类“helper”称为心脏成纤维细胞的细胞,占人类心脏中所有细胞的60%。

“如果您尝试单独培养心肌细胞,它们会发展成无组织的细胞球,”杜克大学生物医学工程系研究生Brian Liau说’普拉特工程学院。在助理教授内纳德·布尔萨克(Nenad Bursac)的实验室工作的廖(Lauau)在匹兹堡生物医学工程学会的年度科学会议上介绍了他的最新实验结果。

“我们发现,向正在生长的心肌细胞中添加心脏成纤维细胞会创建一个滋养环境,刺激细胞像在心脏发育中一样生长。” Liau said. “When we tested the 补丁, we found that because the cells aligned themselves in the same direction, they were able to contract like native cells. They were also able to carry the electrical signals that make cardiomyocytes function in a coordinated fashion.”

“在我们的实验中添加成纤维细胞提供了我们认为存在于发育中的胚胎中的信号,” Liau said. The need for 帮手 cells is not uncommon in mammalian development. For example, he explained, nerve cells need “sheathe”细胞被称为神经胶质细胞,以正常发育和运作。

Bursac believes that the latest experiments represent a proof-of-principle advance, but said there are still many hurdles to overcome before such 补丁es could be implanted into humans with heart disease.

“尽管我们能够培养能够收缩并迅速携带电脉冲的心肌细胞,但还有许多其他因素需要考虑,” Bursac said. “The use of fibrin as a structural material allowed us to grow thicker, three-dimensional 补丁es, which would be essential for the delivery of therapeutic doses of cells. One of the major challenges then would be establishing a blood vessel supply to sustain the 补丁.”

研究人员计划使用非胚胎干细胞测试他们的模型。 Bursac说,出于多种原因,对于人类而言,这一点很重要,无论是从科学上还是从伦理上。最近的研究表明,一些来自成年人的细胞具有重新编程的能力,使其变得类似于胚胎干细胞。

“人心肌细胞的生长速度往往比小鼠慢很多,” Bursac said. “由于人类心脏需要九个月的时间才能完成发育,因此我们需要找到一种方法,使细胞更快地生长,同时保持天然细胞的基本特性。”

如果他们可以使用患者’s own cells, the 补丁 would also evade an immune system reaction, Bursac added.

该研究得到了美国国立卫生研究院,美国国家心肺血液研究所和杜克大学的支持’的干细胞创新计划。研究团队的其他杜克大学成员包括韦宁ning和尼古拉斯·克里斯托福鲁。



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