实验室培养心脏细胞的“训练馆”: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大学工程研究人员设计了一种新设备，使用严格的训练方案来培养少量的心脏组织，并测量它的跳动强度。该平台非常适合测试潜在药物分子的效果，并有助于使个性化医疗更接近现实。

“许多潜在的新药失败是因为毒性问题，心脏毒性是一个主要的挑战，”领导该研究团队的Milica Radisic教授说。“你可以测试潜在的药物心脏细胞在培养皿里生长的，但那些细胞不像现实中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建造了一些设备，使实验室培养的细胞和组织能够发育成更接近人体的3-D形式。五年前，他们创造了Biowire，这是一个心脏细胞围绕丝绸缝合线生长的平台。通过脉冲电流通过细胞，该设备使它们伸长，变得更像成熟的人类心脏细胞。

他们最新的论文发表在今天细胞，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，中间是心脏细胞形成的一条小组织带。每当细胞收缩时，它们就会弯曲导线。通过测量电线的挠度，研究人员可以确定收缩的力量。

“该系统的优势在于，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、论文的主要作者Yimu Zhao说。“它会使心脏变弱还是变强?”这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利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，以创造出比以前的设备更逼真的组织，这一切都在短短六周内完成。

“我们已经创造了心房和心室组织，我们甚至可以培育出异极的心脏组织组织它的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在该设备中植入6种不同的细胞系。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疾病的患者。

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

准确复制真实患者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之外，心脏模型还可以用来同时筛选几种潜在的治疗方法，缩小对该患者最有可能有效的治疗方法的范围。

在该平台以这种方式使用之前，还需要进行更多的研究，但Biowire II已经通过由Radisic联合创立的TARA生物系统公司找到了商业应用。该公司使用实验室培育的心脏组织进行心脏手术药物为制药公司进行测试研究。

“我们在这项研究中与他们密切合作，”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，实验室培养的组织可能有一天会被植入人体，以修复受损的器官。Radisic和她的团队正在寻求不同的技术来应对这一挑战，但她说Biowire II已经产生了影响，这一事实非常令人欣慰。

“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，并帮助找到新的治疗药物心脏病它将拯救成千上万的生命，”拉迪奇说。