這些微型人類心臟可以幫助解決器官移植危機

研究人員開發了一種實時觀察「類器官」生長的方法——這種技術可以以多種方式推進醫學科學。

如果我們能在實驗室外人工培育出一個具有肺或心臟複雜性的真實工作器官，並對其進行定製以匹配某人自己的組織，我們就可以徹底扭轉美國每天造成 17 人死亡的器官移植危機.

使我們更接近這一現實的一個突破是創造了稱為類器官的微型器官，它類似於大腦、腎臟、肺、胃、肝臟和複雜的組織。這些類器官不僅是解決器官短缺或移植排斥的有希望的未來解決方案——科學家們正在使用它們來了解人類和疾病是如何發展的。

但這項工作面臨的挑戰是了解類器官內部究竟發生了什麼——它的細胞如何表現和相互作用，它們如何對藥物或生長激素等新刺激作出反應——而不是侵入性或破壞性的。

在本周發表在《生物感測器和生物電學》雜誌上的一項研究中，聖路易斯華盛頓大學和東蘭辛密歇根州立大學的研究人員培育出活的心臟類器官，它們可以像正常人的心臟一樣跳動和收縮。他們使用一種稱為光學相干斷層掃描 (OCT) 的新型成像設備跟蹤心臟類器官的生長——這可以為科學家提供一個類器官生長和對其環境作出反應的 3D 幕後視圖，也許有助於產生新的見解，從而推動人造器官的發展。

「您可以將 OCT 視為與超聲波的光學類比，」WUSTL 的生物醫學工程師和該研究的合著者 Chao Zhou 告訴 Daily Beast。在超聲波中，探頭向體內發出一束聲波。無論哪種聲波反XX回來，創建您在屏幕上看到的圖像。周說，與 OCT 類似，近紅外光波投XX到生長的類器官上，附近的探測器收集反XX波並從中繪製圖像。

由於近紅外光波比聲波短得多，該技術使研究人員能夠看到有機體的最小、微小的細節，直到千分之一毫米。

周和他的同事們能夠觀察到一個心臟類器官從一小塊幹細胞長成一個更大的團塊，形成連接腔室和瓣膜，甚至在幾天內像真正的心臟一樣自發收縮。

為了使 OCT 成為組織工程科學家的寶貴工具，仍有一些小的設計問題需要解決。由於 OCT 設備位於培養類器官的培養箱之外，研究人員不得不在 OCT 設備和培養箱之間來回移動它們。

「當我們對孵化器外的類器官進行成像時，它們並不在它們的原生環境中，當你改變環境時，很多功能可能會發生變化，」周說。未來，該團隊希望創造一種將 OCT 集成到孵化器中的二合一裝置。這將減少手工工作，並提高科學家監測類器官的頻率，無論是每小時還是每分鐘，而不是幾天。

周說，OCT 已經被用於使用腫瘤類器官研究癌症。但提高監測頻率將有助於研究藥物對類器官的影響，使科學家能夠立即實時了解癌癥候選藥物或酒精等物質如何影響組織。獲取實時信息甚至有助於追蹤胚胎或器官發育過程中出現異常的時刻。

在創造器官移植方面，周和明希望 OCT 可以幫助科學家克服阻礙更廣泛地了解影響心臟等器官功能和三維結構的所有因素的技術限制。

「例如，我們並不真正了解人類心臟是如何從胚胎到成人形成的，」該研究的主要作者 Yixuan Ming 告訴 The Daily Beast。他補充說，研究人員用幹細胞製造的心臟類器官更像是胎兒心臟，而不是成人心臟。

我們還需要很長時間才能看到類器官達到解決疾病、持續器官短缺或幫助移植患者生長自己器官的潛力。但 OCT 可能會很好地提高我們對人體的了解，從而大大縮短到達那裡的時間。