心脏类器官

心脏类器官不仅仅是由ES 细胞或 iPS 细胞分化而来的单一细胞，而是作为由多种细胞组成的三维组织，能够局部再现心脏组织的结构和功能。

随着人们能够在in vitro下观察人心脏形成过程，进一步推进了胎儿期神经发育以及疾病特有的信号异常等病理机制的研究。

本文介绍了心脏类器官的背景介绍、制备原理、分化诱导方案、以及所用试剂。

◆心脏类器官的背景介绍

以心血管疾病（Cardiovascular Disease，CVD）和先天性心脏病（Congenital Heart Defects，CHD）为代表的心血管系统疾病是全球范围内的主要死亡原因，每年导致约1,790 万人死亡。然而，由于心脏结构的复杂性，心血管疾病研究用类器官的开发与肾脏、大脑和肠道等其他器官相比相对滞后。

迄今为止，在阐明病理机制和创新药物研发中，动物模型、球体培养等各类心脏模型已得到广泛应用。然而，这些模型大部分仅由特定的细胞类型组成，尚无法完全再现包括心外膜细胞和心内膜细胞在内的多种细胞间的相互作用，以及活体器官所具备的复杂结构。

为解决上述问题，研究人员开发了“3D 心脏组织（人工心脏组织），由单独诱导分化的心肌细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞等混合组成”。3D 心脏组织在模拟组织力学和电生理特性方面具备显著优势，目前已有大量研究报道，其在各类心脏疾病表型重现及创新药物研发领域已构建出多种疾病模型。然而，由于这是一种将预分化的细胞进行人工塑形的方法，因此难以反映早期胚胎心脏自然发育的过程，以及其伴随的内源性细胞外基质（ECM）的形成。

与此相比，近年来备受关注的“心脏类器官”是通过心脏分化过程中干细胞的自组织形成的，因此具备类似于自然发育形成的层状结构等更接近真实心脏的结构。基于目前的技术水平，3D心脏组织使用的是分化程度较高的细胞，相比之下，心脏类器官的成熟度往往仍处于发育过程的早期阶段。由于心脏类器官能够以更接近体内实际变化的方式再现心脏发程，因此可以通过特定基因突变或改变培养条件来构建基因畸形模型。因此，心脏类器官有望在心脏发育机制及发育障碍的研究中，成为较传统模型更具优势的研究工具。

心脏类器官和3D心脏组织的区别

◆心脏类器官制备实验方案

下文介绍了心脏类器官制备中，各步骤使用的试剂。

详细的实验方案请查看参考文献（X, Tian et al., 2022、HK, Voges et al., 2023）。

实验方案1（X, Tian et al., 2022）

※ 基于X, Tian et al., 2022的研究数据修改与编制

实验方案2（HK, Voges et al., 2023）

※ 基于HK,, Voges et al., 2023的研究数据修改与编制

◆参考文献

● B, Volmert et al.: Nat Commun., 14 (2023).

● L, Drakhlis et al.: Nat Biotechnol., 39, 737 (2021).

● YR, Lewis-Israeli et al.: Nat Commun., 12, 5142 (2021).

● Y, Tian et al.: Front Cell Dev Biol., 10 (2022).

● HK, Voges et al.: STAR Protoc., 4 (2023).

● 谷英典、遠山周吾：オルガノイド研究, 99 (2024).

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