科學家把菠菜轉變成人類的跳動心臟組織!

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這些綠色植物肯定對你是好的。

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研究人員成功使用菠菜葉來製造能運作的人體心臟組織,包括可以輸送血液的血管。

為了解決器官捐贈長期短缺的問題,科學家一直在實驗室裡致力於培養各種組織、甚至整個器官。但是,培養一堆細胞只是解決方案的一部分,如果沒有持續的血液供給,它們根本就不會生長。

建立精細血管(也稱為脈管系統,vasculature)的運行網路是眾所皆知的困難,特別是當你到達只有5到10微米寬的毛細血管。血管運送氧氣和養分,而實驗室培養的組織樣本需要它來生長和發揮作用。

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現在,藉由使用在植物中找到的細微葉脈網路,由伍斯特理工學院(Worcester Polytechnic Institute,WPI)的科學家領導的團隊,成功地把菠菜葉轉換成活的心臟組織。

這些科學家在他們的論文中寫道:「植物和動物利用在根本上是不同的方法來運送液體、化學物質和大分子,然而在它們的血管網路結構方面,有著驚人的相似之處。」

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與其從頭開始製造血管系統,研究人員剝離菠菜葉的綠色材料,直到剩下來的是把葉子保持在一起的細微纖維素(cellulose)結構。

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來自植物的纖維素,是實驗室用來培養樣品的重要材料,因為它已經被充分的研究,比得上活體組織,而且很便宜得到。既然許多植物是數量豐富且容易生長,對於這項研究,這些科學家真的是在當地市場購買菠菜。

為了使用菠菜的細微葉脈結構,這個團隊讓葉子循環在洗滌溶液中,以一種名為去細胞(decellularization)過程,把植物細胞洗掉。

首席研究員Joshua Gershlak說:「我以前在人類心臟做過去細胞的研究,然而當我看著菠菜葉時,它的莖讓我想起主動脈。」

「所以我在想,讓我們徹底灌注葉子的莖,但我們不確定它會運作,然而結果證明是相當容易且可以複製的,它正在許多其他植物是行得通的。」

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這個團隊還剝離歐芹(parsley)和甜蒿(sweet wormwood)的葉子,並展示在花生植物鬚根的技術。

他們期待隨著進一步的研究,有可能為不同的組織挑出不同的植物。例如,木材的結構「可能在骨骼工程中是有用的。」

為了在真實的組織樣品中測試纖維素支架,他們最終使用菠菜,因為它具有高度密集的脈管,如同心臟組織的高度密集血管。

研究人員將沙拉葉脈管結構與心肌細胞接種,並且在幾天之內興奮地看著,結果心臟細胞開始自發性地收縮,就像在人體組織一樣。

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您可以在下面的影片中觀看這項實驗操作。

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Gershlak說:「這裡的想法是,我們有這種已經具備脈管網路的非常薄且平坦的組織,因此,我們應該有潛在能力把多片葉子堆疊起來,製造出一片心臟組織。」

對於心臟組織受損、在心臟病發作後發生心臟無法再收縮的的患者來說,心臟組織移植是有用的。

到目前為止,這項研究只是一個概念證明,而且這個團隊仍然在理解如何將它與活的人體組織整合在一起。

這些研究人員寫道:「目前還不清楚植物的脈管系統如何被整合到與生俱有的人類血管系統,以及是否有免疫反應。」

但這個團隊是樂觀的。

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操作WPI實驗室的生物醫學研究員Glenn Gaudette:「我們真的相信這種支架有能力來幫助治療病患。我們還有更多的研究工作要做,但到目前為止,這是非常有希望的。」

「要能夠拿到像菠菜葉這種數量豐盛的植物一樣簡單的東西,然後在實際上把它轉變成一種可能有血液流過的組織,真是非常非常令人興奮,而且我們希望它將在這個領域取得重大進展。」

這不是科學家第一次轉向植物來協助培養組織。加拿大渥太華大學(University of Ottawa)的Pelling實驗室以他們的技術計畫,蘋果切片長出人類耳朵,在去年成為頭條新聞

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而這不僅僅是生物組織科學家一直在植物系統內部進行的競賽,上個月,研究人員以能夠在植物的莖和葉子內運作的電子循環,設法培養出’生化玫瑰(cyborg rose)’

使用菠菜也不是為人體組織製造出血管網路的唯一方法。科學家一直在研究使用3D列印來打造血管,並且剛剛報告在列印整個血管網路有限度的成功。

時間會證明哪些方法在實驗室外是最實際的,但這絕對是一個令人興奮與持續觀看的東西。

這項研究發表在生醫材料期刊(Biomaterials)

「語音合成由賽微科技提供」

來源:ScienceAlert