近日，來自伍斯特理工學(xué)院的研究人員在去細(xì)胞化的菠菜葉子上培育心臟細(xì)胞，利用菠菜葉豐富的葉脈網(wǎng)絡(luò)為再生組織提供必需的毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)。他們題為“Crossing Kingdom: Using decelluralizedplants perfusable tissue engineering scaffolds”的研究成果將發(fā)表在《生物材料》2017年5月刊上。
研究人員在嘗試?yán)眉?xì)胞樣品實(shí)現(xiàn)人體組織再生時(shí)遇到的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是：如何在發(fā)育的組織中生成輸送血液的血管網(wǎng)絡(luò)？而目前的生物工程技術(shù)，包括3D打印，很難生成組織健康生長(zhǎng)需要的血管系統(tǒng)最末端的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，而后者為組織生長(zhǎng)提供氧氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和一些關(guān)鍵分子物質(zhì)。
解決這一難題的想法來自于Joshua Gerslak，Gaudette實(shí)驗(yàn)室的研究生。當(dāng)時(shí)Gerslak已經(jīng)做過人類心臟的去細(xì)胞化工作。當(dāng)他看到菠菜葉子的主干時(shí)，他腦海里想起的是心臟的主動(dòng)脈。因此，Gerslak開始嘗試用洗滌劑溶液灌注菠菜葉的葉脈系統(tǒng)。結(jié)果出乎意料地好，他們得到了完全去細(xì)胞化的菠菜葉子，并且這一過程很容易復(fù)制。這樣，Gerslak開發(fā)出一種能高效去除菠菜葉子細(xì)胞的洗滌劑葉脈灌注方法。這種方法對(duì)其它植物同樣有效。
“盡管植物和動(dòng)物有著截然不同的液體、大分子物質(zhì)運(yùn)輸方式，但它們?cè)趯?dǎo)管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上卻驚人地相似，”Gerslak說。
接著，研究人員將跳動(dòng)的心臟細(xì)胞置于菠菜葉子中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞仍能在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行收縮。他們還進(jìn)行了將與人體血液細(xì)胞大小相近的微球和血液一起穿過菠菜葉子的葉脈網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)，以及在葉脈處培養(yǎng)形成人類血管的細(xì)胞。
這項(xiàng)研究的意義在于，將來有可能在菠菜葉子中培養(yǎng)有豐富毛細(xì)血管的心臟肌肉組織，用于治療心臟病患者。
菠菜葉子中含有豐富的葉脈網(wǎng)絡(luò)，因此非常適合心臟組織的培養(yǎng)，而其他擁有不同葉脈結(jié)構(gòu)的植物去細(xì)胞化后也有望提供更多元的組織工程用途。比如鳳仙花的圓柱中空結(jié)構(gòu)或許可以用于動(dòng)脈血管的再生培養(yǎng)，另外，具有一定強(qiáng)度和形狀的樹木脈管結(jié)構(gòu)則可以用來培育骨頭。目前，研究人員已經(jīng)成功對(duì)芹菜、艾蒿、花生根系進(jìn)行去細(xì)胞化操作。
將植物用于組織工程領(lǐng)域有著巨大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。跟復(fù)雜、昂貴的人工合成材料相比，利用自然植物的優(yōu)勢(shì)不言而喻。結(jié)合去細(xì)胞化技術(shù)，用植物培育具有豐富血管結(jié)構(gòu)的組織工程技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景。
Gaudette稱接下來的工作是優(yōu)化去細(xì)胞化過程，以及進(jìn)一步闡述不同人類細(xì)胞如何從依附著的植物骨架上獲取營(yíng)養(yǎng)并生長(zhǎng)。
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