1毫升血可“看見”基因表達(dá)， “彩虹芯片”為心臟病治療提供新可能

近日，國家兒童醫(yī)學(xué)中心-上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬上海兒童醫(yī)學(xué)中心王偉主任醫(yī)師、付煒研究員團(tuán)隊聯(lián)合南京大學(xué)鼓樓醫(yī)院研究團(tuán)隊，在國際權(quán)威學(xué)術(shù)雜志《ACS Nano》發(fā)表最新科研成果：“利用結(jié)構(gòu)色系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞定向心肌細(xì)胞分化的功能變化過程”。

這個研究有什么創(chuàng)新？

心肌細(xì)胞可以說是心臟的基礎(chǔ)組成部分。心肌是如何“成長”的？在此過程中，它的功能又發(fā)生了什么變化？科學(xué)家通過這個方法，可以實(shí)時、可視化、無創(chuàng)地研究心肌細(xì)胞的“成長”。

研究使用了一種新材料——水凝膠，這種材料表面帶有微槽，可以方便地“儲存”細(xì)胞。此次研究的“原始材料”，是人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的心肌祖細(xì)胞。

在這個水凝膠制作而成的小小的“芯片”中，科學(xué)家通過模擬體內(nèi)微環(huán)境早期干預(yù)從而促進(jìn)心肌分化、成熟。觀察心肌的“祖先”如何成長為“心肌細(xì)胞群”。

同時通過水凝膠的結(jié)構(gòu)色特性，將心肌分化過程中發(fā)生的功能變化通過顏色變化反映出來。這也就是為什么我們能夠看到七彩的幻化 。

在實(shí)驗室中，科學(xué)家實(shí)驗的步驟：

首先，需要培養(yǎng)心肌細(xì)胞。

現(xiàn)如今，1 ml血液、一小份皮膚都能培養(yǎng)出誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）。

iPS細(xì)胞是一種人工培養(yǎng)出的“元細(xì)胞”，它能分化成各種類型的細(xì)胞。

科學(xué)家培養(yǎng)出iPS細(xì)胞后，再以此分化為心肌細(xì)胞。

將載有活性心肌細(xì)胞的培養(yǎng)液注入到水凝膠后即可制成“芯片”，心肌細(xì)胞將進(jìn)一步“成長”。付煒研究員介紹，成品“芯片”像果凍一樣，厚厚的。

在汞燈照射下，研究人員就能觀察到跳動的七彩心啦。

據(jù)了解，七彩心的顏色變化、跳動的節(jié)奏都會根據(jù)心肌細(xì)胞的成熟程度、加入的藥物等因素而發(fā)生變化。

“實(shí)時”、“可視化”都能理解，“無創(chuàng)”是怎么實(shí)現(xiàn)的？

原來，此前傳統(tǒng)研究中，評估細(xì)胞的基因表達(dá)需要破壞細(xì)胞，抽提RNA進(jìn)行分析。這時候，細(xì)胞也就“死”了。

而這個研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與細(xì)胞分化成熟相關(guān)的基因表達(dá)恰恰與水凝膠材料顏色變化十分契合。研究發(fā)現(xiàn)了iPS細(xì)胞分化時間、基因表達(dá)及顏色光譜三者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而突破傳統(tǒng)路徑，實(shí)現(xiàn)了“無創(chuàng)化”評估細(xì)胞基因表達(dá)的新手段。

這個研究解決了什么問題？

兒中心黨委副書記、主任醫(yī)師王偉介紹，它的意義十分重大。尤其對兒童生長發(fā)育的研究，也能提供疾病預(yù)測、早期治療、生物學(xué)研究等功能?！爱?dāng)然，以現(xiàn)有技術(shù)，大規(guī)模應(yīng)用還有很長的路要走?！?/p>

1. 藥物篩選

一般來說，發(fā)現(xiàn)了一個新藥，都會進(jìn)行動物實(shí)驗。但其實(shí)，很多時候動物和人類差別巨大，在動物身上有效的藥，對人類可能沒那么有效。用了“芯片”后，對藥物篩選更有效，因為這些細(xì)胞直接來源于人，一定程度上可以替代動物實(shí)驗。

2. 了解疾病特定信息

利用iPS細(xì)胞分化出的不同類型的細(xì)胞，可以制作成不同的器官“芯片”，這些“芯片”可帶有個人的遺傳信息。對未來個人健康狀況了解、疾病的精準(zhǔn)治療有非常重要的意義。

3. 心肌病的精準(zhǔn)治療

研究結(jié)果表明，微槽結(jié)構(gòu)色水凝膠可以有效促進(jìn)人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的心肌細(xì)胞分化和成熟；同時，隨著分化進(jìn)程，心肌細(xì)胞隨之跳動，帶動結(jié)構(gòu)色材料的顏色發(fā)生紅綠藍(lán)的肉眼可見的變化，從而實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測心肌分化的“實(shí)時”和“可視化”。

此次科研團(tuán)隊研究的心肌“芯片”，對于心肌病、心臟病的精準(zhǔn)治療非常有效。在小小的“芯片”中，科學(xué)家可以進(jìn)行大規(guī)模的藥物實(shí)驗，篩選出更有效果的特效藥，造?；颊?。