神奇的细胞因子系列之心脏类器官培养-同立海源

类器官是由干细胞或病人身上提取的肿瘤组织在特定的3D体外微环境下自组织发育而来的、高度模拟体内真实器官特征的小型化体外器官模型。与二维细胞培养和动物模型相比，类器官呈现出更加复杂的空间形态，可以更好地模拟组织器官的功能和生理反应。类器官技术的崛起，预示着新药研发进入了“低风险、低投入、高回报”的新纪元。

随着人类年龄增长，心血管疾病的发病率也逐年上升。截止2022年，我国心血管病患人数达到3.3亿，每7秒钟就有1名心血管病患者离世。心肌梗死是一种严重的心血管疾病，通常由冠状动脉的狭窄或阻塞引发，导致心肌缺血和坏死。心肌梗死的治疗需要迅速恢复心肌的血流供应，以减少心肌损伤和死亡。

心脏类器官模型的建立为研究心肌梗死的发病机制、药物筛选和心脏修复提供了新的思路。但心脏类器官模型仍存在一些问题，如缺乏组织微环境和心肌细胞处于胎儿或新生儿的状态等。根据当前的研究进展，心脏类器官的培养通常分为三个阶段，人类胚胎干细胞(hESCs)培养分化，心肌细胞的培养分化和心脏类器官(hCOs)的形成。

图1 心脏类器官的构建与应用

第一阶段：人类胚胎干细胞（hESCs）培养分化

用丝裂霉素处理小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)悬浮液，替换为ESCs培养基并培养3-5天。加入蛋白酶解离细胞后，离心并收集沉淀细胞。在包被基质胶(Cat#AS-41-5)的24孔板中加入mTeSR1并接种细胞，培养2-4天。随后，转移至中胚层培养基中培养3天，每天换液。重组人bFGF蛋白(Cat#TL-901)参与hESCs的培养，重组人ActivinA蛋白(Cat#TL-910)参与中胚层分化。

表 1 hESCs培养分化相关培养基

第二阶段：心肌细胞的培养分化

用心肌分化培养基(I)进行换液并培养3天，每天换液1次。随后，转移至心肌分化培养基(II)培养7天，每天换液1次。用心肌分化培养基(III)替换并培养2天，每天换液1次。移除培养基并加入蛋白酶和含Ca²⁺和 Mg²⁺的PBS溶液消化，随后加入MM完全培养基终止消化。

表2 心肌培养分化相关培养基

第三阶段：心脏类器官（hCOs）的形成

用hCOs形成培养基(I)换液并过夜培养。转移至包被基质胶(Cat#AS-41-5)的hCOs 形成培养基(II)并培养1天，随后用hCOs形成培养基(III)进行换液并培养2天。转移至hCOs形成培养基(IV)培养4-6天后，形成心脏类器官。重组人bFGF蛋白(Cat#TL-901)和重组人TGF-β1蛋白(Cat#TL-643)参与心脏类器官的形成过程。