近日，來(lái)自伍斯特理工學(xué)院的研究人員在去細胞化的菠菜葉子上培育心臟細胞，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血管結構。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。
研究人員在嘗試利用細胞樣品實(shí)現人體組織再生時(shí)遇到的一個(gè)重大挑戰是：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(cháng)需要的血管系統最末端的毛細血管網(wǎng)絡(luò )，而后者為組織生長(cháng)提供氧氣、營(yíng)養物質(zhì)和一些關(guān)鍵分子物質(zhì)。
解決這一難題的想法來(lái)自于Joshua Gerslak，Gaudette實(shí)驗室的研究生。當時(shí)Gerslak已經(jīng)做過(guò)人類(lèi)心臟的去細胞化工作。當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(kāi)始嘗試用洗滌劑溶液灌注菠菜葉的葉脈系統。結果出乎意料地好，他們得到了完全去細胞化的菠菜葉子，并且這一過(guò)程很容易復制。這樣，Gerslak開(kāi)發(fā)出一種能高效去除菠菜葉子細胞的洗滌劑葉脈灌注方法。這種方法對其它植物同樣有效。
“盡管植物和動(dòng)物有著(zhù)截然不同的液體、大分子物質(zhì)運輸方式，但它們在導管網(wǎng)絡(luò )結構上卻驚人地相似，”Gerslak說(shuō)。
接著(zhù)，研究人員將跳動(dòng)的心臟細胞置于菠菜葉子中，發(fā)現細胞仍能在很長(cháng)的時(shí)間內進(jìn)行收縮。他們還進(jìn)行了將與人體血液細胞大小相近的微球和血液一起穿過(guò)菠菜葉子的葉脈網(wǎng)絡(luò )的實(shí)驗，以及在葉脈處培養形成人類(lèi)血管的細胞。
這項研究的意義在于，將來(lái)有可能在菠菜葉子中培養有豐富毛細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，而其他擁有不同葉脈結構的植物去細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構或許可以用于動(dòng)脈血管的再生培養，另外，具有一定強度和形狀的樹(shù)木脈管結構則可以用來(lái)培育骨頭。目前，研究人員已經(jīng)成功對芹菜、艾蒿、花生根系進(jìn)行去細胞化操作。
將植物用于組織工程領(lǐng)域有著(zhù)巨大的環(huán)境、經(jīng)濟優(yōu)勢。跟復雜、昂貴的人工合成材料相比，利用自然植物的優(yōu)勢不言而喻。結合去細胞化技術(shù)，用植物培育具有豐富血管結構的組織工程技術(shù)有著(zhù)廣泛的應用前景。
Gaudette稱(chēng)接下來(lái)的工作是優(yōu)化去細胞化過(guò)程，以及進(jìn)一步闡述不同人類(lèi)細胞如何從依附著(zhù)的植物骨架上獲取營(yíng)養并生長(cháng)。
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