科学家们正在培育幼小的心脏，以了解哪些药物会增加先天缺陷的风险

类器官可以复制人类心脏的每个组成部分，从心室到静脉。

你的心是怎么形成的？是什么触发了你的第一次心跳？直到今天，人类心脏发育的机制仍然难以捉摸。

研究人员知道，心脏是人类胚胎发育过程中第一个完全发挥功能的器官。它最初是一个简单的管子，在妊娠第四周开始泵血。到第九周时，心脏已完全形成。心脏对早期发育至关重要，因为它为整个发育中的胎儿提供必需的营养。

但由于心脏形成较早，心脏会长期暴露于孕妇可能接触到的物质，例如药物或污染物。这可能是为什么先天性心脏病是人类最常见的出生缺陷类型的主要原因，在全世界出生的婴儿中，有超过百分之一的人患有先天性心脏病。

传统上，科学家使用动物和细胞模型来研究心脏发育和疾病。然而，研究人员未能找到治疗先天性心脏病的方法，部分原因是这些模型无法捕捉人类心脏的复杂性。由于伦理限制，使用人类胚胎进行这些研究是不可能的。

为了帮助研究人员研究怀孕期间的心脏发育和并发症，我们的生物医学工程师和心血管科学家团队在过去几年里一直在努力创造下一个最好的东西：实验室中的迷你人类心脏。

人类心脏类器官

类器官是复杂的 3D 细胞结构，可复制体内特定器官的结构和功能的重要方面。虽然类器官还不是完全合成的、有功能的器官，但它们仍然拥有在实验室中模拟生理和疾病关键方面的巨大能力。

我们使用一种称为多能干细胞的细胞创建了心脏类器官。尽管在研究中使用这些细胞曾经存在争议，因为它们最初源自人类胚胎，但这已不再是一个问题，因为它们可以从任何成年人身上产生。多能干细胞有潜力成为体内任何类型的细胞。这意味着您身体几乎任何部位的细胞（通常是血液或皮肤细胞）都可以转化为您自己的干细胞，以培育您自己的迷你心脏。

通过操纵多能干细胞成为体内任何类型细胞的能力，我们引导这些细胞成为心脏细胞。这些细胞能够自我组装，复制怀孕期间人类心脏发育的主要阶段。我们的心脏类器官具有血管和人类心脏中发现的所有细胞类型，例如心肌细胞和起搏细胞，这使它们比二维细胞模型具有优势。此外，这些心脏类器官的电生理学和生物能学与人类胚胎心脏非常相似，而动物模型则不然。

我们的心脏类器官像小婴儿的心脏一样跳动，但比一粒米还小。

怀孕和胎儿心脏

我们正在利用心脏类器官探索的领域之一是孕产妇和胎儿的心脏健康。糖尿病、高血压甚至抑郁等母亲因素会增加新生儿患心脏病的风险。研究增加先天性心脏病风险的疾病可以预防和减少全世界心血管疾病的发病率。

我们可以模仿这些母体环境，并用心脏类器官模拟它们如何影响胎儿心脏发育。例如，我们使用心脏类器官来证明糖尿病这种非常常见的疾病会增加胚胎患心脏病的风险。与在健康条件下创建的心脏类器官相比，暴露于糖尿病条件下的迷你心脏会出现心脏异常，就像患有糖尿病心肌病的人类胎儿和新生儿一样。

我们的研究发现，与糖尿病相关的心脏发育异常可能是由 omega-3 脂肪酸不平衡引起的，omega-3 脂肪酸是细胞膜和信号分子的组成部分。然而，膳食补充 omega-3 脂肪酸可以部分恢复这种不平衡，并预防糖尿病引起的先天性心脏缺陷。

怀孕期间用药安全

孕妇服用的药物会对父母和胎儿的健康产生重大影响。批准在怀孕期间使用的药物并不总是安全的，因为充分的测试很复杂。伦理问题限制了对人类生物材料的研究，因此研究人员只能使用无法足够接近地复制人类生理学的动物模型。

对人类心脏类器官进行药物测试可以让研究人员更好地探索和预测怀孕期间潜在的有害影响。一个例子是昂丹司琼（Zofran），一种通常用于预防怀孕期间恶心和呕吐的药物。尽管它与先天性心脏病的风险增加有关，但它是否导致这种疾病尚未得到证实。

我们发现，暴露于昂丹司琼的心脏类器官会扰乱心室细胞的发育并损害功能，类似于暴露于昂丹司琼的新生儿中所观察到的情况。我们的研究结果提供的数据可能有助于更新该药物的临床指南。

另一个例子涉及怀孕期间使用抗抑郁药，这会增加先天性心脏病的风险。选择性血清素再摄取抑制剂（SSRI）是孕妇最常使用的抗抑郁药，其作用是增加体内血清素的可用性。血清素是心脏发育中的重要分子。母体血清素与抗抑郁药一起很容易传递给胚胎并改变发育中心脏的血清素水平。

未来，我们计划将心脏类器官暴露于抗抑郁药物中，并研究它们对先天性心脏缺陷发生率的影响。对人类心脏类器官的此类研究结果也可能为药物替代或重新利用的建议提供信息。

心脏类器官有潜力帮助科学家更精确地研究人类心脏如何形成以及如何发展疾病。在医疗创新领域，我们相信由干细胞培育的人类心脏类器官是健康未来的美好希望。

这篇编辑过的文章是根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布的。The Conversation。阅读原始文章。