人工左心室创建

多伦多大学工程研究人员成长的小规模模型一个人类在实验室里左心室心。人工组织构造是由心脏细胞和节拍强烈足以泵内流体生物反应器。

人类心脏的左心室是泵新鲜富氧的血液进入主动脉,并从那里到身体的其他部位。新的实验室培养模式可以提供研究人员的新方法研究各种心脏疾病和条件,以及测试潜在的治疗方法。

”与我们的模型,我们可以测量喷射量,多少液体被挤出每次心室合同,以及流体的压力,“说Sargol Okhovatian。“这两个是几乎不可能与先前的模型。”

Okhovatian和穆罕默德·侯赛因·穆哈马迪位联席作者在一篇新论文先进的生物他们设计描述模型。他们的多学科小组是由教授Milica Radisic,资深作者的论文。

所有这三个研究人员的研究与应用中心射流技术(工艺)。一个独特的伙伴关系加拿大国家研究理事会和多伦多大学的工艺是世界领先的专家设计、构建和测试小型化设备控制流体流动在微米范围内,一个字段称为微流体。

“我们独特的设施在工艺使我们能够创建复杂的organ-on-a-chip这样一个模型,“Radisic说。

“有了这些模型,我们不仅可以研究细胞功能,但是组织功能和器官功能,所有不需要开刀手术或动物实验。我们也可以使用它们来屏幕大图书馆的药物候选分子积极或消极的影响。”

组织工程师面临的许多挑战与几何:虽然很容易生长人类细胞在二维空间中——例如,在一个平面培养皿,结果看起来不像真正的组织或器官,因为他们会出现在人类的身体。

进入三维空间,Radisic和她的团队使用小支架生物相容性的聚合物制成。支架,它通常与凹槽图案或者是因为结构,是播种和心肌细胞在液体培养基中生长。

随着时间的推移,活细胞生长在一起,形成一个组织。脚手架的基础形状或模式鼓励越来越多的细胞或伸展在一个特定的方向一致。电脉冲甚至可以用来控制速度击败——一种训练健身对心脏组织。

人工的左心室,Okhovatian和穆哈马迪创建了一个支架的形状像一个平板的三个是因为面板。播种后支架与细胞和使他们增长了大约一个星期,研究人员把单聚合物空心轴,他们称之为心轴。

结果:管组成的三层重叠跳动的心脏细胞,注入流体的洞。管的内径是0.5毫米,高度约1毫米,使它在人类胎儿心室的大小约为19周妊娠。

“到目前为止,只有少数试图创造一个真正心室的3 d模型,而不是平坦的心脏组织,“Radisic说。

“几乎所有的这些已经由一层细胞。但真正的心有很多层,每一层的细胞在不同角度的。当心脏跳动时,这些层不仅合同,他们也扭曲,有点像你如何拧毛巾拧水。这使心脏泵出更多的血比。”

团队能够复制这扭曲的安排模式的三种板槽在不同的角度。

会同Ren-Ke李教授的实验室在大学健康网络,他们测量了使用电导导管射血容量和压力,同样的工具用于评估患者生活的这些参数。

目前,该模型只能生产一小部分——不到5%的喷射压力,一个真正的心脏,但是Okhovatian说,这是考虑到模型的规模。

“我们的模型有三层,但一个真正的心脏会十一,”她说。

“我们可以添加更多的层,但很难氧气扩散,因此,中间层细胞开始死亡。真正的心有血管,或血管,为了解决这个问题,所以我们需要找到一种方法来复制。”

Okhovatian说,除了血管问题,未来的工作将集中在增加细胞的密度以增加射血容量和压力。她也想找到一个方法来缩小或最终消除支架,一个真正的心就不会。

虽然概念模型表示重大进展,仍有很长的路要走全功能的人造器官是可能的。

“我们必须记住,我们花了几百万年进化结构复杂的人心,“Radisic说。

“我们不能反向工程整个事情在短短几年,但在每一增量改进,这些模型变得更加有用的世界各地的研究者和临床医生。”

“每一个组织工程师的梦想是成长的都是完全可以移植到人体,“Okhovatian。

“我们仍多年,但我觉得这样的人工心室是一个重要的垫脚石。”

参考:穆罕默迪MH Okhovatian年代,Savoji H,等。对细胞排列表的层次结构组装成锥形心脏心室使用microfabricated弹性体。阿德医学杂志。2022:2101165。doi:10.1002 / adbi.202101165

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