旧金山的科学家们设计了一种目击袭击的方法。在实验室培育的跳动的心脏细胞小球中，他们可以观察到痛苦的迹象，然后是死亡。

通过在培养皿中制造疾病，格莱斯顿研究所的团队希望更好地理解长期COVID的奥秘——不仅在心脏中，还在其他组织中。研究病毒如何感染细胞，以及细胞如何报复和恢复。

“很快，这为我们打开了研究许多不同器官系统的途径，”病毒学家Melanie Ott博士说，她是格莱斯顿病毒学研究所所长，也是加州大学旧金山分校的医学教授。

她说:“新冠肺炎不仅仅是呼吸道感染。这是一种多系统疾病。”

他们的研究建立在干细胞科学多年的成功基础上。

2006年，日本京都大学(Kyoto University)的生物学家山中伸弥(Shinya Yamanaka)博士有了这个获得诺贝尔奖的发现:可以通过重新编程人的皮肤细胞来创造干细胞。山中伸弥目前在格莱斯顿工作。

通过添加4个通常只在胚胎中活跃的基因，他逆转了普通皮肤细胞的时钟，将它们还原为“诱导多能干细胞”，或称ipSCs。

就像更著名的胚胎干细胞一样，这些诱导多能干细胞可以被诱导成人体从大脑到肝脏的几乎任何一种细胞类型。它们繁殖了很多次。但制造它们不需要胚胎，所以它们没有争议。

他们是丰富的。据估计，目前全球的实验室中正在生长1万批不同批次的ipSCs衍生细胞。

最广泛使用的诱导多能干细胞起源于海湾地区一个年轻的男子，他自愿为布鲁斯·康克林博士的格莱斯顿实验室捐赠。几年前，康克林从一位30岁的日本男性捐赠者的小腿肌肉上做了一个微小的活组织检查——皮肤样本大约有一个记号笔点那么大。

随着它们的分化和成熟，这些年轻的细胞想要组织起来。随着培养，它们聚集在一起，形成三维的未成熟的微型器官，称为“类器官”。

这些珍贵的类器官大约有扁豆大小，生活在研究所Mission Bay大楼四楼的无菌孵育箱里。格莱斯顿干细胞中心主任里图·库马尔(Ritu Kumar)说，它们呼吸过滤过的空气，吃含有新鲜营养的肉汤，必须保持稳定的98.6华氏度(约合37摄氏度)，与人体体温相同。即使是最小的温度或饮食变化也会改变它们的行为。

漂浮的球，它们最初是模糊和半透明的，然后变得紧凑和黑暗。

心脏器官甚至像心脏一样跳动。这是一个惊人的，几乎难以忘怀的景象。

“我们第一次能够让细胞跳动……这有点可怕，”康克林回忆道。第一次发现它们的年轻博士后“甚至不敢相信他所看到的。”

这些类器官是研究疾病的完美模型。目前的方法有很大的局限性。例如，传统的细胞培养是在二维层中生长的，所以不像真正的器官。实验动物很有用，但它们并不总是会感染人类疾病。

但随着COVID-19大流行的激增，格莱斯顿的许多干细胞项目和世界各地的其他项目一样，在2020年初突然暂停。

当科学家们准备回家时，Ott路过康克林的实验室，问他:“嘿，你有心脏细胞吗?”她听说过COVID会导致心脏症状，由于在研究被其他病毒感染的诱导多能干细胞方面有丰富的经验，她想对其进行测试。

随着新冠肺炎病例的攀升，这种疾病对心脏的影响令人担忧，而且人们对其了解甚少。有新的证据表明，它会刺激炎症，即心肌炎。有些人的蛋白质水平很高，表明心脏受到了损伤。据报道，COVID-19住院患者出现急性心力衰竭、心律失常和血栓。

康克林回忆说:“我们当时正要把它们都杀光，因为我们以为我们基本上要关闭实验室了。我们都准备把它们扔掉了。”

Ott的目标是观察迷你心脏在被感染时的行为。

他们戴着呼吸器、双手套和完全保护身体的装备，从高度安全的冰箱中取出了新冠病毒的小瓶。在通风柜下，他们小心翼翼地将病毒移到盛有心脏类器官的培养皿中。

这颗微小的心脏在2到24小时内受到严重感染，然后出现一系列基因和结构缺陷。

“我们所看到的是完全不正常的，在我研究心肌细胞的这些年里，我从未见过这样的东西。”

通常，被称为肌节的肌肉纤维被排列成长丝，沿同一方向排列。它们的工作是控制心跳的协调细胞收缩。但患病的肌节被切成了小块，就像切片面包一样。根据康克林的说法，这使得它们不可能正常地跳动。

还有其他创伤的迹象。细胞释放细胞因子，一种化学痛苦信号，DNA失踪了。

Ott说:“这些心肌细胞对感染非常敏感，很快就会死亡。”

COVID死亡患者的心脏损伤证实了他们在实验室中看到的结构变化。值得注意的是，甚至对未被诊断为心脏病的COVID患者的尸检也显示，心肌细胞存在结构性问题。

心脏病只是新冠肺炎患者发现的约200个持续健康问题之一。

在斯坦福大学，病毒免疫学家凯瑟琳·布利什博士正在使用肺气囊的类器官，即肺泡，来研究病毒如何进入并破坏一种有助于肺部伸展的分子的分泌。加州大学旧金山分校的阿诺德·克里格斯坦博士发现，被称为星形胶质细胞的脑细胞可以被感染，并表现出压力。

“在诱导多能干细胞出现之前，”康克林说，“根本没有办法研究这个。”