陈根：首颗“迷你心脏”诞生，心脏解谜更进一步

文/陈根

心脏，绝对算得上是人体中结构最复杂、精密的器官之一。心脏是胚胎中首先形成的具有功能的器官，起源于脏壁中胚层（Splanchnic mesoderm）。

心脏结构的复杂性，远超人们的想象。在预心血管中胚层特化之后，子代在胚胎中线两侧形成双侧心脏形成区。心脏形成区的细胞穿过中线并融合到心脏管，心脏管由心肌层和心内膜两层细胞组成。之后，心脏管进行成环定位未来的心室结构。

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。在心血管微组织或者心脏类器官方面的研究主要是关于心肌细胞工程学方面的技术推进，比如如何工程化预分化的心血管细胞种类来模拟成体类似的心脏组织。

这些类器官复制了人类心脏组织的某些方面，包括基质细胞、内皮细胞网和心外膜层，但不能反映早期心脏发育的过程。因此，关于心脏发育形态学方面的研究空白亟待补充。

现在，奥地利科学院分子生物技术研究所的研究人员们称，他们在实验室里培养出首个能带有明显跳动的心室的心脏。而这种微型器官或类器官，能模仿25天大的人类胚胎的心脏工作，有助于解开许多谜团，包括为什么婴儿心脏病发作后其心脏不会留下疤痕。

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。研究团队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。

这个人类的“迷你心脏”比芝麻籽还小，却能以规律的节奏跳动，其直径约为2毫米，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。

实际上，虽然人类从十多年前就能在培养皿中培育像大脑、内脏和肝脏这样的“微型器官”，但类心脏器官却一直是很大的挑战。此次研究的突破将帮助研究人员更多了解人类心脏，也使得人们可以更加针对性地开发新药，并对临床试验的结果有更大的把握。