科学家玩“跨界”?用菠菜叶培育出“心脏组织”
中国生物技术网 · 2017/03/29
血管的网络非常复杂,以至于不能将其生物工程化,甚至不能进行3D打印。一个多学科的研究团队将关注点聚焦到了植物,更具体地说是菠菜。他们希望通过菠菜来解决这个问题。当然,尽管植物和动物有着截然不同的液体、大分子物质运输方式,但令人惊讶的是,他们在导管网络结构上是非常相似的。


需要器官移植的人要比器官捐赠者要多得多。仅在美国,每时每刻都有超过10万名的患者在等待一个器官。平均每天有22人在等待一个器官或组织的过程中死亡。目前,科学家们正在实验室中紧锣密鼓地开发培育器官的方法,使其能够用于急需器官捐赠的患者。过去,人类某些组织已经在实验室成功培育。但是,一个主要的瓶颈是完整的组织或器官需要一个循环系统,才能够将血液和营养物质运输到正在发育的组织中。如果没有循环系统,那么移植的器官就仅限于非常小的尺寸。

血管的网络非常复杂,以至于不能将其生物工程化,甚至不能进行3D打印。一个多学科的研究团队将关注点聚焦到了植物,更具体地说是菠菜。他们希望通过菠菜来解决这个问题。当然,尽管植物和动物有着截然不同的液体、大分子物质运输方式,但令人惊讶的是,他们在导管网络结构上是非常相似的。


人类血管和植物叶脉都拥有分支结构设计,并且剥离植物细胞的叶脉可用作人类心脏细胞的支架。事实上,研究人员已经能够成功地使用脱细胞菠菜叶来培养能够跳动的心脏细胞。


叶脉分支结构与人类血管相似(如下图)



这是怎么做到的?!

研究人员使用一种洗涤剂去除了菠菜叶的所有植物细胞,纤维素形成的管状结构仍完好无损。纤维素非常适合人体,能够促进伤口愈合。这个结构可用作人类心脏细胞生长的支架。这些心脏细胞非常健康,能够跳动并且可以处理钙质。研究人员通过叶脉使液体和与人类血液细胞尺寸相近的微珠传输流动,,以及在叶脉处培养形成人类血管的细胞。未来,使用更多菠菜叶子用来促进不同层健康心脏肌肉的生长,使心脏病患者免受疾病困扰。一些叶子可以用作动脉,一些用作静脉。


7天剥离菠菜叶细胞的全过程

未来方向


科学家已经开发出一种能高效去除菠菜叶子细胞的洗涤剂叶脉灌注方法。这种方法对其它植物同样有效。也就是说,其他脱细胞植物也能够用于各种人类组织的生长,例如芹菜、青蒿、花生的根须等。不同类型的植物可能更适合不同类型组织的生长。例如菠菜叶可能更适合血管丰富的人体组织生长,就比如心脏。凤仙花的圆柱形的空心杆则更适合于动脉。木头因其强度和几何构造可用于骨头的生长。

这种植物支架的另一好处就是更加廉价,并且比合成材料更加环保。它可以由患者自身的细胞组成,使其兼容性更好。但现在还没确定移植器官如何集成到人类循环系统,以及是否会产生免疫反应。在其用于实际移植之前,仍有许多工作要做。但无论如何,人类和植物生物学的创造性融合是科学领域的新篇章。

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