用菠菜培养心脏组织,修补病变心脏

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频道:生命科学
来源:Techxplore 翻译:龚聪
作者:Michael Cohen

用菠菜培养心脏组织,修补病变心脏,研究者发现,可以利用植物叶脉作为骨架,来培育人体组织的血管网络。

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近日,来自伍斯特理工学院的研究人员在去细胞化的菠菜叶子上培育心脏细胞,利用菠菜叶丰富的叶脉网络为再生组织提供必需的毛细血管结构。他们题为Crossing Kingdom: Using decelluralizedplants perfusable tissue engineering scaffolds”的研究成果将发表在《生物材料》2017年5月刊上。

 

研究人员在尝试利用细胞样品实现人体组织再生时遇到的一个重大挑战是:如何在发育的组织中生成输送血液的血管网络?而目前的生物工程技术,包括3D打印,很难生成组织健康生长需要的血管系统最末端的毛细血管网络,而后者为组织生长提供氧气、营养物质和一些关键分子物质。

 

解决这一难题的想法来自于Joshua Gerslak,Gaudette实验室的研究生。当时Gerslak已经做过人类心脏的去细胞化工作。当他看到菠菜叶子的主干时,他脑海里想起的是心脏的主动脉。因此,Gerslak开始尝试用洗涤剂溶液灌注菠菜叶的叶脉系统。结果出乎意料地好,他们得到了完全去细胞化的菠菜叶子,并且这一过程很容易复制。这样,Gerslak开发出一种能高效去除菠菜叶子细胞的洗涤剂叶脉灌注方法。这种方法对其它植物同样有效。

 

 “尽管植物和动物有着截然不同的液体、大分子物质运输方式,但它们在导管网络结构上却惊人地相似,”Gerslak说。

 

接着,研究人员将跳动的心脏细胞置于菠菜叶子中,发现细胞仍能在很长的时间内进行收缩。他们还进行了将与人体血液细胞大小相近的微球和血液一起穿过菠菜叶子的叶脉网络的实验,以及在叶脉处培养形成人类血管的细胞。

 

这项研究的意义在于,将来有可能在菠菜叶子中培养有丰富毛细血管的心脏肌肉组织,用于治疗心脏病患者。

 

菠菜叶子中含有丰富的叶脉网络,因此非常适合心脏组织的培养,而其他拥有不同叶脉结构的植物去细胞化后也有望提供更多元的组织工程用途。比如凤仙花的圆柱中空结构或许可以用于动脉血管的再生培养,另外,具有一定强度和形状的树木脉管结构则可以用来培育骨头。目前,研究人员已经成功对芹菜、艾蒿、花生根系进行去细胞化操作。

 

将植物用于组织工程领域有着巨大的环境、经济优势。跟复杂、昂贵的人工合成材料相比,利用自然植物的优势不言而喻。结合去细胞化技术,用植物培育具有丰富血管结构的组织工程技术有着广泛的应用前景。

 

Gaudette称接下来的工作是优化去细胞化过程,以及进一步阐述不同人类细胞如何从依附着的植物骨架上获取营养并生长。

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