机械力是制造婴儿心脏的关键

为了正常发育，婴儿的心脏需要节律……甚至在他们有血液输送之前。

“我们已经发现，在制造婴儿心脏时，机械力很重要，”范德比尔特大学研究生玛丽·凯瑟琳·休厄尔·洛夫廷(Mary Kathryn Sewell-Loftin)说。她与范德比尔特大学的工程师、科学家和临床医生组成的团队一起，试图用病人自己的细胞培育替代心脏瓣膜。

上个月在《华尔街日报》发表的一篇文章中生物材料研究小组报告说,他们已经决定向这个目标迈出的重要一步,机械力欧洲杯足球竞彩产生的有节奏的扩张和收缩的心脏肌肉细胞发挥积极作用在心脏瓣膜形成的初始阶段。

心脏瓣膜是一个奇妙的装置。它由两到三个被称为小叶的瓣叶组成，这些瓣叶的打开和关闭控制着血液在心脏中的流动。它的设计足以在一个人的一生中循环20到30亿次。(人类和鸡是例外:大多数其他动物，无论大小，一生中心脏跳动约10亿次。)然而，心脏瓣膜可能会因风湿热、癌症、衰老、心脏病发作和出生缺陷等疾病而受损。

“在过去的15年来，人们一直在试图用蛮力工程的方法没有任何成功了人工组织的创建心脏瓣膜，”生物医学工程W.大卫梅里曼的助理教授说。“我们决定退一步，并研究心脏瓣膜自然如何发展，所以我们可以弄清楚如何复制的过程。”要做到这一点，他们设计的鸡，他们的心开发类似于人类的心脏时尚的一系列实验。

领导这项为期三年的研究的梅里曼说:“心肌细胞跳动产生的变形的发现很重要，这为研究这一过程提供了一个全新的视角。”

范德比尔特的努力是一个更广泛的人工器官开发项目的一部分，该项目名为基于系统的器官设计和工程联盟(SysCODE)。这是美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的一项“路线图”倡议，旨在加快科学发现从实验室走向床边的进程。

“这是我们取得的第二个重大进展，”心脏瓣膜项目的联合首席研究员、药理学教授乔伊·巴内特(Joey Barnett)说。

去年春天，范德比尔特队宣布，他们已经确定了独特的基因，并与阀形成有关的分子途径。“这既包括基因和途径，我们知道和几个这在以前是未知的，”巴尼特，谁研究心脏瓣膜为20年以上表示。

这位生物学家说:“基因研究为我们提供了构建心脏瓣膜所需的基本部件清单，而这项最新研究为我们提供了有关所需环境的信息。”“有了这些信息，我们就有了创建瓣膜间质细胞(vic)所需的东西，这是心脏瓣膜的基本组成部分。”

心脏最初是一个简单的u型组织管。(在鸡胚胎的例子中，它大约是打印页面上的一个逗号的大小。)管子有三层。外层由心肌细胞组成，这些细胞在血管形成并附着在心脏上之前就开始跳动。内层由特殊的内皮细胞组成，这是一种排列在血管内部的细胞。夹在两者之间的是一层复杂的胶状物质，称为贲门胶。

在流入瓣膜和流出瓣膜的位置，管壁变厚，形成心胶“软垫”。垫层形成后，该区域的内皮细胞嵌入垫层并转化为vic。接着，vic开始引导将气垫中的心胶转化为瓣膜小叶的过程。

研究心脏发育早期阶段的标准实验室方法之一是使用显微外科手术从胚胎中取出小鸡心脏，并将其置于充满胶原蛋白凝胶的细胞培养皿中。然而，该方法不适合研究机械力，因此Sewell-Loftin不得不对其进行大量修改。她发现，其中一个关键是要加入一种名为透明质酸的复合糖，这种糖存在于心胶中。

接下来，她必须设计一种方法来测量心肌细胞的脉动在凝胶中引起的变形量。她通过创建一个计算机程序来分析凝胶表面的显微镜图像序列，从而估计脉冲细胞所产生的力。

当Sewell-Loftin将她的图谱与vic形成的位置进行比较时，她发现细胞在高毒株区域优先转化。

该团队的下一步是与一名研究诱导多能干细胞(一种可以直接从成人细胞中产生的干细胞)的研究人员合作，以产生内皮细胞。一旦他们有了这些细胞，他们希望制造出人类vic。除了引导心脏的初始形成，vic还在维持成人瓣膜健康方面发挥作用。研究人员推测，因此他们可以提供一种更好的方法来修复钙化的心脏瓣膜，而钙化心脏瓣膜是成人进行心内直视手术的主要原因。

研究人员预计，一旦他们能够制造人类vic，当他们被放置在一个适当设计的生物反应器中时，就很有可能制造出人造人类心脏瓣膜。一旦他们有了人造心脏瓣膜，他们就可以在需要的时候用来替换每年有先天性心脏缺陷的4万名婴儿的有缺陷的瓣膜。希望这些人工瓣膜能随着孩子的成长而成长。目前替换的瓣膜都是塑料做的，所以不会随孩子一起长大。这意味着这些年轻患者必须忍受多次手术，这增加了他们出现有害并发症的风险。

来源：http://www.vanderbilt.edu/