哈佛大学的研究人员已经生物工程化了一个人体左心室的三维模型，可用于研究疾病，测试药物和开发针对心律失常等心脏疾病的患者特异性治疗方法。

该组织用接种有人心脏细胞的纳米纤维支架进行工程改造。支架的作用类似于三维模板，将细胞及其组装引导至体外搏动的心室。这使得研究人员可以使用临床中使用的许多相同工具来研究心脏功能，包括压力容积环和超声波。

该研究发表在Nature Biomedical Engineering上。

哈佛John A. paulson学校的生物工程和应用物理塔尔家庭教授Kit parker说：“我们的团队已经花了十年时间，努力实现建立全心的目标，这是迈向这一目标的重要一步。”工程与应用科学学院和该研究的高级作者。“从再生心血管医学到其作为药物发现的体外模型的应用，应用广泛而多样。”

parker还是哈佛大学Wyss生物启发工程研究所，哈佛干细胞研究所和哈佛材料研究科学与工程中心的核心教员。

该研究是SEAS，Wyss，波士顿儿童医院和哈佛干细胞研究所(HSCI)之间的合作。

“该项目的长期目标是用人体模型替代或补充动物模型，特别是患者特定的人体模型，”该研究的第一作者，SEAS和Wyss的博士后研究员Luke MacQueen说。“将来，患者干细胞可以被收集并用于建立复制其整个器官某些特征的组织模型。”

波士顿儿童医院基础和转化心血管研究主任，哈佛医学院儿科学教授，HSCI和co的首席教授，William pu打开了一扇令人兴奋的大门，以制作更多实际患者疾病的生理模型。 - 论文的作者。“这些模型不仅共享患者的突变，而且共享患者的所有遗传背景。”

构建功能性心室的关键是重建组织的独特结构。在天然心脏中，平行心肌纤维充当支架，引导砖形心脏细胞端对端对齐和组装，形成中空的锥形结构。当心脏跳动时，细胞像手风琴一样伸展和收缩。

为了重建这种支架，研究人员使用了一种名为拉动旋转的纳米纤维生产平台，该平台是在帕克病生物物理学小组开发的。拉动纺纱使用高速旋转的刷毛，浸入聚合物容器中，并将溶液中的液滴拉入喷嘴。纤维以螺旋形轨迹行进并在从刷毛上分离并朝向收集器移动之前固化。

为了制造心室，研究人员使用了可生物降解的聚酯和明胶纤维的组合，这些纤维被收集在一个形状像子弹的旋转收集器上。由于收集器在旋转，所有纤维都在同一方向上排列。

“重要的是概括自然肌肉的结构，以获得与其天然肌肉相似的心室，”MacQueen说。“当纤维排列后，细胞就会对齐，这意味着它们会以原生细胞的方式传导和收缩。”

在构建支架后，研究人员用诱导干细胞培养心室中的大鼠心肌细胞或人心肌细胞。在三到五天内，薄壁组织覆盖了支架，细胞同步跳动。从那里，研究人员可以控制和监测钙的传播并插入导管来研究搏动心室的压力和体积。

研究人员将这种组织暴露于异丙肾上腺素，这是一种类似于肾上腺素的药物，并且随着节拍率的增加而测量，就像在人类和大鼠心脏中一样。研究人员还在脑室戳了一个洞来模仿心肌梗塞，并研究了心脏病发作对心脏病的影响。

为了更好地长时间研究心室，研究人员建造了一个独立的生物反应器，带有可选的阀门插入物的独立腔室，用于导管的额外进入端口和可选的心室辅助功能。

利用诱导干细胞的人心肌细胞，研究人员能够将心室培养6个月并测量稳定的压力 - 体积环。“我们可以在很长一段时间内研究这种心室这一事实对于研究患者疾病的进展以及需要一段时间才能采取行动的药物疗法来说是一个好消息，”MacQueen说。

接下来，研究人员的目标是使用源自患者的预分化干细胞来种植心室，这样可以更高通量地生产组织。

“我们开始学习如何建立心肌细胞，然后是心脏组织，然后是海洋生物模仿形式的肌肉泵，现在是心室，”帕克说。“在此过程中，我们已经阐明了肌肉泵的一些基本设计规律，并提出了当这些法则被疾病打破时如何修复心脏的想法。我们还有很长的路要走，建立一个四腔心脏，但我们的进步正在加速。“