生物评论周报第76期:Advanced Science:重磅!使用人体组织3D打印全球首个完整心脏!

 

 

1、Advanced Science:重磅!使用人体组织3D打印全球首个完整心脏

 

人体组织3D打印全球首个完整心脏

 

近日,来自以色列特拉维夫大学的研究员在Advanced Science 上发表了题为“3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts”的 刊文,宣布成功用人体细胞制造出世界上首颗 3D 打印心脏。

 

3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts

 

研究者从患者自身中提取网膜组织,并将网膜组织进行处理,分离成细胞和基质两部分。其中细胞将重新编程分化成心肌细胞和内皮细胞;而基质通过加工变成热响应性水凝胶,并为干细胞提供了良好的发育环境。最后将细胞和水凝胶结合,充当“打印墨水”的功能。由于所有的材料都来自患者本身,这些细胞产生的组织能有效地避免异体器官移植中的排斥问题。

 

成功分化细胞得到“打印墨水”后,研究人员们进一步使用 3D打印技术来打印心脏组织和器官。

3D打印技术来打印心脏组织和器官

首先利用CT扫描技术,他们勾勒出了心脏的大体结构,这包括了心脏的形状,心房心室的尺寸,以及主要血管的走向。对于CT扫描无法获取的小血管网络结构,研究人员们又使用了数学模型,计算不同区域的氧消耗,合理分配血管的走向。在计算机的辅助下,获得了更为完整的血管网络结构,用于实际的打印。

 

虽然目前该心脏只有兔子心脏大小,但研究人员相信以相同的技术可以获得尺寸适合人类的心脏。他们下一步准备先进行动物心脏移植实验,并最终完成人体心脏移植。

 

不过,3D打印技术仍存在挑战。需要对整个心脏血管成像并将其纳入器官蓝图的策略,并开发先进的技术来精确打印厚结构内的小直径血管。

 

(评论:器官移植一直是非常危险的手术,新的技术突破给我们带来新的希望。)

 

文章来源:3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts.Advanced Science,2019.doi:10.1002/advs.201900344

 

2、Nature:重磅!让大脑起死回生

 

近期来自耶鲁大学医学院神经科学系Nenad Sestan团队等研究者在Nature期刊上发表了题为“Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem”的论文,发现利用全新的灌注技术平台Brain Ex可以恢复死猪大脑的部分循环和细胞功能。根据论文阐述研究者主要是探究脑组织死亡的定义,死亡后的一段时间脑组织是否还能保留功能恢复性,以及我们又能否恢复部分功能。

 

灌注技术平台Brain Ex可以恢复死猪大脑的部分循环和细胞功能

 

因此研究者共对32个猪脑进行了BrainEx灌注操作,Brain Ex 利用特殊的管道将猪的颈动脉和BrainEx相连,可以形成一个闭合回路。这一循环回路中的灌注液包含了氧气以及血液中的营养成分,通过系统的工作,灌注液可以运送至大脑中心区域,可以完全模拟血液在脑部中的血液循环。模拟血液与目前医学中常用的灌注液成分一样,灌注液也维持在正常体温37℃。

 

在持续灌注6小时后,大脑皮层的细胞死亡数目与对照组相比更少,细胞可以维持正常的形态,并保留部分细胞功能。同时,研究者也观测到了一些突触活动,但是与意识、感知和高阶脑功能相关的神经电信号并没有被观测到。这些结果是非常令人震撼的,这也是首次在完整的大脑中恢复了部分细胞功能。

 

(评论:脑死亡后可以复活!这给我无限的想象力)

 

文章来源Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem.Nature,2019.doi:10.1038/s41586-019-1099-1

 

3、Cell: 靶向线粒体通透性可能最大化自噬在衰老中的益处

 

近日来自哈佛大学Alexander Soukas教授等研究人员在Cell期刊上发表了题为“Mitochondrial Permeability Uncouples Elevated Autophagy and Lifespan Extension”的论文,发现mTORC2-SGK1通路调控线粒体通透性和自噬活性并影响生物体的稳态维持和寿命。线粒体是储存钙离子的重要细胞器,在线粒体膜通透性增加后,钙离子释放到胞质中,将引起系列下游反应。这也可能是引起自噬活性升高的原因之一

 

靶向线粒体通透性可能最大化自噬在衰老中的益处

(图 来自Cell)

 

通过模式生物线虫和哺乳动物系统实验均证明了自噬活性的增高在mTORC2突变的背景下是缩短寿命的主要原因。在mTORC2通路突变中,自噬活性增加,自噬通路的流量增大。自噬通路流量增大,反而缩短寿命。

 

由于线粒体通透性增加,自噬水平的增加意外地缩短了缺乏sgk-1(serum/glucocorticoid regulated kinase-1, 血清/糖皮质激素调节激酶-1)的隐杆线虫的寿命。在线虫sgk-1突变体中,不论是降低自噬水平,还是线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore, mPTP)开放都恢复它们的正常寿命。

 

值得注意的是,在研究的所有依赖于自噬的寿命延长策略中,较低的线粒体通透性都是必不可少的。

 

遗传诱导的mPTP开放阻断了因热量限制或生殖系干细胞丧失导致的自噬依赖性寿命延长。类似地,鉴于肝脏特异性Sgk敲除小鼠表现出显著增强的肝细胞自噬、mPTP开放和因缺血/再灌注损伤导致的死亡。表明了线粒体通透性将自噬转化为哺乳动物中的一种破坏力量。因此,靶向线粒体通透性可能最大化自噬在衰老中的益处。

 

(评论:一种全新的自噬通路调控线粒体和寿命的机制。)

 

文章来源:Ben Zhou et al. Mitochondrial Permeability Uncouples Elevated Autophagy and Lifespan Extension. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.02.013.

 

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