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活生物体中发生的心脏发育是一个复杂的过程

东京医科牙科大学(TMDU)的研究人员使用小鼠胚胎干细胞来工程化类似于正在发育的心脏的三维功能性心脏类器官

在体内或在活生物体中发生的心脏发育是一个复杂的过程,传统上很难在体外或在实验室中模拟。在一项新的研究中,东京医科牙科大学(TMDU)的研究人员从小鼠胚胎干细胞开发了三维功能性心脏类器官,该类器官与发育中的心脏非常相似。

心脏由多层组织组成,包括许多不同的细胞类型,包括工作中的心肌,结缔组织细胞和组成血管的细胞。这些细胞协同工作,以确保心脏的正常运作,从而向身体的其他部位不断供应新鲜的含氧血液。在实验室研究各种形式的心脏病并开发治疗这些疾病的新药需要与实际心脏非常相似的疾病模型。尽管已经努力在体外产生心肌细胞,但是这些细胞以团块形式存在,而没有体内可见的组织组织。

该研究的相应作者说:“尽管心脏的功能看似简单,但它却是一个复杂的器官,其结构更加复杂。” 为了达到这种结构上的复杂性,在心脏发育过程中,心脏会暴露出无数种信号。我们希望利用我们在心脏发育过程中对信号分子的了解,并产生比当前技术更类似于心脏发育的心脏类器官。 ”

为了实现其目标,研究人员研究了体内心脏发育所涉及的因素,并推测成纤维细胞生长因子4(FGF4)以及由层粘连蛋白和actactin组成的复合物(LN / ET复合物)都是已知在胚胎心脏中表达,对于使心脏类器官和实际胚胎心脏之间的结构相似是必要和充分的。确实,基于结构和分子分析,暴露于FGF4和LN / ET的小鼠胚胎干细胞与发育中的心脏显示出相当的相似性。

有趣的是,心脏类器官的发育过程密切反映了体内胚胎心脏发育过程中的形态变化。仔细观察构成心脏类器官的细胞成分,发现胚胎心脏的细胞,包括所有四个腔室以及传导系统的细胞,都存在于胚胎发育过程中看到的结构组织中。重要的是,心脏类器官具有接近其体内对应物的功能特性。

“这些惊人的结果表明,我们的方法如何使用相当简单的方案提供了正在发育的心脏的仿生模型。该工具可能有助于研究心脏发育过程中的分子过程,以及开发和测试针对心脏病的新药。”李教授和石野教授说。

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