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动态心脏模型模拟血流动力学负荷 推进工程心脏组织技术

了解心脏病进展和开发可以修复人类心脏的治疗性组织的努力只是卡内基梅隆大学 Feinberg 研究小组关注的几个领域。该小组与荷兰合作者合作创建的最新动态模型模拟了工程心肌组织的生理负荷,对遗传和机械力如何促进心肌功能产生了前所未有的看法。

“我们的实验室长期以来一直致力于人类心肌组织的工程和构建,因此我们可以更好地跟踪疾病的表现方式,并创造治疗性组织,以便有一天修复和替换心脏损伤,”人类心脏组织教授 Adam Feinberg 解释说。生物医学工程和材料科学与工程。“其中一个挑战是我们必须在培养皿中构建这些小块心肌,我们已经这样做了多年。我们意识到这些体外系统不能准确地重建心肌由于血压,我们在真实心脏中看到的机械负荷。”

血流动力学负荷,或前负荷(心腔充盈期间心肌的拉伸)和后负荷(当心肌收缩时),不仅对健康的心肌功能很重要,而且还会促进心脏病的进展。前负荷和后负荷可导致心肌的适应不良变化,如高血压、心肌梗塞和心肌病。

在Science Translational Medicine 上发表的一项新研究中,该小组引入了一个由工程心肌组织 (EHT) 组成的系统,该系统连接到一个旨在模拟生理前负荷和后负荷的弹性条上。这种首创的模型表明,重新创造类似运动的负荷会促进功能性更强的心肌的形成,这些心肌组织更好,每次收缩时都会产生更大的力量。然而,使用来自某些类型心脏病患者的细胞,这些类似运动的负荷会导致心肌功能障碍。

“这项工作真正重要的一点是,它是我们实验室与荷兰合作者(包括心脏病专家 Peter van der Meer)之间的共同努力,”Feinberg 说。“Peter 治疗患有与遗传相关的心血管疾病的患者,包括一种称为心律失常性心肌病 (ACM) 的患者,这种疾病通常会随着运动而恶化。我们已经能够获得患者特异性诱导多能干细胞,将其分化为心肌细胞,并且然后在我们的新 EHT 模型中使用这些在培养皿中重新创建 ACM,以便我们更好地理解它。”

生物医学工程研究生、最近发表的论文的共同第一作者 Jacqueline Bliley 补充说:“这项工作的协作性质非常重要,能够确保研究的可重复性并比较世界各地的发现。”

展望未来,合作者的目标是利用他们的模型和发现来研究各种其他具有基因突变的心脏病,开发新的治疗方法并测试药物以评估其有效性。

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