实验室培养心脏细胞的“训练健身房”:工程研究人员设计了新的平台

心肌细胞需要锻炼——即使它们在体外生长。T大学工程学院的研究人员设计了一种新设备，通过严格的训练方法培养少量心脏组织，并测量其跳动的强度。该平台是测试潜在药物分子效果的理想平台，可以帮助实现个性化医疗。

“许多潜在的新药因为毒性问题而失败，而心脏毒性是一个主要的挑战，”该研究团队的负责人Milica Radisic教授说。“你可以在上面测试潜在的药物心脏细胞在培养皿里生长的，但那些细胞不像真实的细胞心你无法获得关于他们实际心脏功能的太多信息。”

拉迪奇和她的合作者们制造了一种设备，使实验室培养的细胞和组织能够发育成与人体更接近的3d形式。五年前，他们发明了Biowire，一个心脏细胞围绕丝线生长的平台。通过脉冲电流通过细胞，该设备使它们拉长，变得更像成熟的人类心脏细胞。

他们的最新论文，今天发表在细胞，描述了一个名为Biowire II的新平台。它包含两根由弹性聚合物制成的导线，相距3毫米，心脏细胞在导线之间形成一个小的组织带。每次细胞收缩时，导线就会弯曲。通过测量电线的挠度，研究人员可以确定收缩的力量。

“这个系统的优势在于，它通过检查收缩力和其他关键功能读数，告诉我们给定的药物分子是如何影响心排血量的，”Radisic实验室的博士候选人、该论文的第一作者赵一木说。“它会使心脏变弱还是变强?”它将有助于发现治疗心脏疾病的新药，但也将消除对心脏有不良影响的其他疾病的药物。”

与最初的Biowire一样，电脉冲被用来模拟运动并“训练”心脏细胞。赵说，该团队已经改进了训练方案，以创造出比之前的设备更逼真的组织，这一切都在短短6周内完成。

“我们已经创造了心房和心室心脏组织，我们甚至可以培育出一个异极体组织一个心房端和心室端都有，”赵说。“有些药物对其中一种有选择性作用。有了这个系统，我们可以更有效地检测到这一点。”

赵说，该系统最令人印象深刻的测试之一是当该设备被植入六种不同的细胞系时。其中三个来自患有左心室肥厚的患者，另外三个来自没有这种情况的患者。

“这是一个盲目试验，我们实验室里没有人知道哪一个细胞系是哪一个，”赵说。“但随着它们在设备中生长，我们可以通过收缩性的丧失清楚地识别出患有这种疾病的患者的组织，收缩性是这种疾病的标志之一。”当我们和我们的合作者确认结果时，他们非常惊讶——我们的结果完全正确。”

精确复制真实病人心脏状况的能力为个性化医疗的新应用打开了大门。除了研究特定患者的疾病进展，模型心脏还可以用来同时筛选几种可能的治疗方法，缩小范围，找出对该患者最有效的治疗方法。

在该平台能够以这种方式使用之前，还需要进行更多的研究，但Biowire II已经通过塔拉生物系统(TARA Biosystems)找到了商业应用，塔拉生物系统是radiic联合创立的一家衍生公司。该公司使用实验室培育的心脏组织进行心脏移植药物为制药公司进行测试研究。

“我们在这项研究上与他们密切合作，”赵说。“他们已经在使用我们协议的修改版本了。”她补充说，该系统的简单性将使像TARA这样的公司更容易扩大技术规模，并增加他们可以同时进行的测试数量。

最终，实验室培育的组织有一天可能会被重新植入人体，以修复受损的器官。Radisic和她的团队正在寻求独立的技术来应对这一挑战，但她表示Biowire II已经产生了影响，这是非常令人欣慰的。

“如果我们实验室培养的组织可以将危险药物排除在管道之外，并帮助寻找新的药物来治疗心脏病在美国，它将拯救数千条生命，”拉迪西奇说。

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