培養板上成長心臟組織測試藥物
日期：2015-07-27 15:04:01
由美國國立衛生研究院資助的一個研究小組已經生產了一種新的系統，在培養板上成長心臟組織未分化的干細胞。這個心臟在一個芯片上是可以用來模擬在懷孕期間早期規定的心臟發育藥物的一個縮影生理系統。
研究者的技術是一個微型的圖案，讓細胞之間的相互關系在生理相關的方式和建立文化心臟般的相互作用。該小組由凱文·希利博士，生物工程加州大學伯克利分校的教授，從使用人供體的皮膚產生干細胞。這些成體干細胞是遺傳重新編程，以恢復他們成為各種細胞類型的能力。
今年年初，希利的團隊成員報告了類似的技術，而是一個已經使用的轉化心臟細胞，模仿跳動的心臟組織。這個新的研究開始與未分化的干細胞，研究人員放置在圖案化表面上限制了它們的細胞集落的形狀。15天之后被沉積在微圖案，將細胞在周邊響應生物力學應力和張力，并發展成肌成纖維細胞，一種類型的細胞的結締組織和肌肉的特性。在內部細胞變成跳動的心肌細胞。希利和他的團隊驚訝地觀察到干細胞具有自組織。
“通常情況下，這些細胞停留在2D格式或多層格式，但像疊煎餅，”他說。“這是完全不同的 - 他們創造一個微室。”
組織成腔細胞的新的3D配置是類似于人的心臟泵機制。與此相反的外細胞，那些在中心表達的蛋白質為心臟組織發育的細胞調節劑。
然后，研究人員使用了新的藥物為沙利度胺模擬通過心臟組織，已知會導致心臟缺陷的藥物，以評估其作為藥物篩選的潛力。他們觀察到，該室發展受損，而且組織致使降低速率與未出現的組織相比。
“我們相信這是第一個例子，說明一個發展中的人的心臟腔體外的過程中，”希利說，并稱在微腔發展的為期15天的觀察，“可以幫助我們快速篩選藥物可能產生心臟誕生缺陷，引導決定哪些藥物在懷孕期間的危險。“
美國食品和藥物管理局建議孕婦要特別小心權衡風險和服用藥物的好處，并指出，并不是所有的藥品是安全的懷孕期間服用。即使日常的藥品，比如一些過度的非處方止痛藥，可以是不健康的對孕婦和懷孕期間胎兒在某些點。女性應經常停止或啟動一個藥物而懷孕或試圖懷孕前咨詢專業醫務人員。
“希利博士和他的團隊已經向我們表明，這些microphysiological系統的力量是一個很好的例子，”羅斯瑪麗Hunziker博士，組織工程與再生醫學生物醫學在成像和生物工程研究所所長（NIBIB）說。“通過提供什么藥物致使組織工作停止或減緩的重要成分，他們可以在重復的圖案驗證。然后，他們可以使用這些類似的元素來測試許多不同的藥物組合和方案。這是看一個大范圍的可能的重要途徑藥物作用，并應有助于簡化藥物開發。“
其技術不限于心臟組織建模，并可能潛在地可用于其它器官類型。隨著進一步的發展，這樣的人細胞和組織模型可以是一種可能的選擇，以基于動物的藥物篩選。利用人體細胞和組織在這些微系統會規避由人類和動物之間的生物學差異所造成的動物藥物測試的局限性。
希利的小組將調查發展細胞以引起其轉換到不同的細胞類型，例如心臟壁與內脈動的細胞，其作用的生物物理和生物化學的條件。研究人員將利用健康和患病心臟組織模型的研究。
“如果我們成功地完成我們的目標，早期心臟發育的這種模式可以大大改善目前的方法來篩選藥物的安全性和妊娠分類，”希利說。“我們也期待它會識別通常與心臟發育相關心臟病的遺傳和環境基礎是有用的。”
下一篇： 藥物對幼鼠神經影響不容忽視
