慕尼黑工业大学利用干细胞成功开发了一种“迷你心脏”类器官，提供了一个可以增强我们对心脏发育和疾病的理解的模型。 这种创新的类器官由心肌细胞和外心脏层细胞组成，能够复制患者特定的心脏病，并可能减少未来药物开发中对动物测试的依赖。

人类的心脏在受孕后大约三周开始形成，通常在这个时期许多女性还没有意识到自己怀孕了。 这个因素导致我们对早期心脏形成的复杂细节的了解相对有限。 从动物研究中获得的见解并不完全适用于人类，因此慕尼黑工业大学团队创建的类器官对科学界具有重要意义。

心脏类器官（心外膜）发育的各个阶段。 图片来源：Alessandra Moretti / TUM

一个由 35000 个细胞组成的球

该团队与心血管疾病再生医学教授山德拉·莫雷蒂合作，开发了一种利用多能干细胞制造“迷你心脏”的方法。 大约 35000 个细胞在离心机中旋转成球体。 在几周的时间内，根据固定的方案将不同的信号分子添加到细胞培养物中。 “通过这种方式，我们模仿了体内控制心脏发育程序的信号通路，”亚历山德拉·莫雷蒂解释道。 该小组现已在《自然生物技术》杂志上发表了其研究成果。

首个“心外膜”

所得的类器官直径约为半毫米。 尽管它们不泵血，但它们可以受到电刺激并且能够像人类心室一样收缩。 Moretti 教授和她的团队是世界上第一批成功创建含有心肌细胞（心肌细胞）和心壁外层（心外膜）细胞的类器官的研究人员。 在心脏类器官的年轻历史中（第一个心脏类器官于 2021 年描述），研究人员此前仅使用心肌细胞和来自心壁内层（心内膜）的细胞创建了类器官。

“要了解心脏是如何形成的，心外膜细胞起着决定性的作用，”该研究的第一作者安娜·梅尔博士说。 “心脏中的其他细胞类型，例如连接组织和血管中的细胞，都是由这些细胞形成的。 心外膜在形成心室方面也起着非常重要的作用。” 该团队将新的类器官恰当地命名为“心外膜类器官”。

亚历山德拉·莫雷蒂教授。 图片来源：Daniel Delang / TUM

发现新细胞类型

除了生产类器官的方法外，该团队还报告了第一个新发现。 通过对单个细胞的分析，他们确定了最近在小鼠中发现的一种前体细胞是在类器官发育的第七天左右形成的。 心外膜是由这些细胞形成的。 “我们假设这些细胞也存在于人体内——哪怕只存在几天，”莫雷蒂教授说。

这些见解也可能为为什么胎儿心脏能够自我修复提供线索，而成年人的心脏几乎完全不具备这种能力。 这些知识可以帮助找到治疗心脏病和其他疾病的新方法。

生产“个性化类器官”

研究小组还表明，类器官可用于研究个体患者的疾病。 研究人员利用来自努南综合征患者的多能干细胞，在培养皿中制备了模拟该病症特征的类器官。 在接下来的几个月中，该团队计划使用类似的个性化类器官来研究其他先天性心脏缺陷。

由于有可能在类器官中模拟心脏病，未来可以直接在类器官上进行药物测试。 “可以想象，此类测试可以减少药物开发时对动物实验的需求，”亚历山德拉·莫雷蒂说。

类器官研究是慕尼黑工业大学的重点研究领域

研究人员已经为心脏类器官的制造过程注册了一项国际专利。 Epicardioid 模型是慕尼黑工业大学的几个类器官项目之一。 在类器官系统中心，来自不同部门和主席的工作组将进行合作。 他们将利用最先进的成像和细胞分析对胰腺、大脑和心脏类器官进行跨学科研究，以研究器官、癌症和神经退行性疾病的形成，并利用人体 3D 系统实现医学进步。