慕尼黑工業大學利用乾細胞成功開發了一種“迷你心臟”類器官，提供了一個可以增強我們對心臟發育和疾病的理解的模型。這種創新的類器官由心肌細胞和外心臟層細胞組成，能夠複製患者特定的心髒病，並可能減少未來藥物開發中對動物測試的依賴。

人類的心臟在受孕後大約三週開始形成，通常在這個時期許多女性還沒有意識到自己懷孕了。這個因素導致我們對早期心臟形成的複雜細節的了解相對有限。從動物研究中獲得的見解並不完全適用於人類，因此慕尼黑工業大學團隊創建的類器官對科學界具有重要意義。

心臟類器官（心外膜）發育的各個階段。圖片來源：Alessandra Moretti / TUM

一個由35000 個細胞組成的球

該團隊與心血管疾病再生醫學教授山德拉·莫雷蒂合作，開發了一種利用多能幹細胞製造“迷你心臟”的方法。大約35000 個細胞在離心機中旋轉成球體。在幾週的時間內，根據固定的方案將不同的信號分子添加到細胞培養物中。“通過這種方式，我們模仿了體內控制心臟發育程序的信號通路，”亞歷山德拉·莫雷蒂解釋道。該小組現已在《自然生物技術》雜誌上發表了其研究成果。

首個“心外膜”

所得的類器官直徑約為半毫米。儘管它們不泵血，但它們可以受到電刺激並且能夠像人類心室一樣收縮。Moretti 教授和她的團隊是世界上第一批成功創建含有心肌細胞（心肌細胞）和心壁外層（心外膜）細胞的類器官的研究人員。在心臟類器官的年輕歷史中（第一個心臟類器官於2021 年描述），研究人員此前僅使用心肌細胞和來自心壁內層（心內膜）的細胞創建了類器官。

“要了解心臟是如何形成的，心外膜細胞起著決定性的作用，”該研究的第一作者安娜·梅爾博士說。“心臟中的其他細胞類型，例如連接組織和血管中的細胞，都是由這些細胞形成的。 心外膜在形成心室方面也起著非常重要的作用。” 該團隊將新的類器官恰當地命名為“心外膜類器官”。

亞歷山德拉·莫雷蒂教授。圖片來源：Daniel Delang / TUM

發現新細胞類型

除了生產類器官的方法外，該團隊還報告了第一個新發現。通過對單個細胞的分析，他們確定了最近在小鼠中發現的一種前體細胞是在類器官發育的第七天左右形成的。心外膜是由這些細胞形成的。“我們假設這些細胞也存在於人體內——哪怕只存在幾天，”莫雷蒂教授說。

這些見解也可能為為什麼胎兒心臟能夠自我修復提供線索，而成年人的心臟幾乎完全不具備這種能力。這些知識可以幫助找到治療心髒病和其他疾病的新方法。

生產“個性化類器官”

研究小組還表明，類器官可用於研究個體患者的疾病。研究人員利用來自努南綜合徵患者的多能幹細胞，在培養皿中製備了模擬該病症特徵的類器官。在接下來的幾個月中，該團隊計劃使用類似的個性化類器官來研究其他先天性心臟缺陷。

由於有可能在類器官中模擬心髒病，未來可以直接在類器官上進行藥物測試。“可以想像，此類測試可以減少藥物開發時對動物實驗的需求，”亞歷山德拉·莫雷蒂說。

類器官研究是慕尼黑工業大學的重點研究領域

研究人員已經為心臟類器官的製造過程註冊了一項國際專利。Epicardioid 模型是慕尼黑工業大學的幾個類器官項目之一。在類器官系統中心，來自不同部門和主席的工作組將進行合作。他們將利用最先進的成像和細胞分析對胰腺、大腦和心臟類器官進行跨學科研究，以研究器官、癌症和神經退行性疾病的形成，並利用人體3D 系統實現醫學進步。