科學家發現用菠菜培養心臟組織 可修補病變心臟

近日， 來自伍斯特理工學院的研究人員在去細胞化的菠菜葉子上培育心臟細胞， 利用菠菜葉豐富的葉脈網路為再生組織提供必需的毛細血管結構。

他們題為“Crossing Kingdom: Using decelluralizedplants perfusable tissue engineering scaffolds”的研究成果將發表在《生物材料》2017年5月刊上。

研究人員在嘗試利用細胞樣品實現人體組織再生時遇到的一個重大挑戰是：如何在發育的組織中生成輸送血液的血管網路？而目前的生物工程技術， 包括3D列印， 很難生成組織健康生長需要的血管系統最末端的毛細血管網路， 而後者為組織生長提供氧氣、營養物質和一些關鍵分子物質。

解決這一難題的想法來自於Joshua Gerslak， Gaudette實驗室的研究生。 當時Gerslak已經做過人類心臟的去細胞化工作。 當他看到菠菜葉子的主幹時， 他腦海裡想起的是心臟的主動脈。 因此， Gerslak開始嘗試用洗滌劑溶液灌注菠菜葉的葉脈系統。 結果出乎意料地好， 他們得到了完全去細胞化的菠菜葉子，

並且這一過程很容易複製。 這樣， Gerslak開發出一種能高效去除菠菜葉子細胞的洗滌劑葉脈灌注方法。 這種方法對其它植物同樣有效。

“儘管植物和動物有著截然不同的液體、大分子物質運輸方式， 但它們在導管網路結構上卻驚人地相似， ”Gerslak說。

接著， 研究人員將跳動的心臟細胞置於菠菜葉子中， 發現細胞仍能在很長的時間內進行收縮。 他們還進行了將與人體血液細胞大小相近的微球和血液一起穿過菠菜葉子的葉脈網路的實驗， 以及在葉脈處培養形成人類血管的細胞。

這項研究的意義在於， 將來有可能在菠菜葉子中培養有豐富毛細血管的心臟肌肉組織， 用於治療心臟病患者。

菠菜葉子中含有豐富的葉脈網路，

因此非常適合心臟組織的培養， 而其他擁有不同葉脈結構的植物去細胞化後也有望提供更多元的組織工程用途。 比如鳳仙花的圓柱中空結構或許可以用於動脈血管的再生培養， 另外， 具有一定強度和形狀的樹木脈管結構則可以用來培育骨頭。 目前， 研究人員已經成功對芹菜、艾蒿、花生根系進行去細胞化操作。

將植物用於組織工程領域有著巨大的環境、經濟優勢。 跟複雜、昂貴的人工合成材料相比， 利用自然植物的優勢不言而喻。 結合去細胞化技術， 用植物培育具有豐富血管結構的組織工程技術有著廣泛的應用前景。

Gaudette稱接下來的工作是優化去細胞化過程， 以及進一步闡述不同人類細胞如何從依附著的植物骨架上獲取營養並生長。