为什么这很重要：
- 密歇根州立大学研究人员创建了首个可模拟人类心脏的"类器官"，使心房颤动研究成为可能。这些模型还为评估心脏发育、疾病和药物反应提供了新方法。
- 这一发现将惠及全球约6000万心律失常（即心跳不规则）患者。该病症已超过30年未有新药问世。
- 密歇根州立大学实验室是人类心脏类器官技术的先驱和世界领导者。类器官是在实验室中培育的人类器官的微型功能模型。
密歇根州东兰辛——尽管全球约有6000万人患有心房颤动（A-fib），即一种不规则且经常快速的心跳，但至少30年来没有开发出新的治疗方法。这是因为研究人员一直缺乏准确的人类心脏模型进行研究。多亏了密歇根州立大学科学家的新进展，这种情况将不再存在。
2020年，密歇根州立大学研究员Aitor Aguirre及其团队开始创建和完善被称为类器官的人类心脏微型工作模型。如今，这些类器官可以被修改以复制心房颤动（A-fib）。
这些三维心脏类器官大小约为扁豆，其精确度使研究人员能够以以前不可能的方式研究心脏发育、疾病和药物反应。类器官的节律性跳动非常强烈，无需显微镜即可观察到。
由密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所生物医学工程副教授兼发育和干细胞生物学部门主任Aguirre领导的团队，使用捐赠的人类干细胞（这些干细胞可以发育成多种不同类型的细胞，对一生中的生长和组织修复至关重要）来开发心脏类器官。这些类器官确实是微型心脏，具有腔室状结构和包括动脉、静脉和毛细血管在内的血管网络。
Aguirre实验室的最新里程碑来自密歇根州立大学整骨医学院医师科学家学生Colin O'Hern，他向类器官添加了免疫细胞。在发育中的人类心脏中，这些免疫细胞（即巨噬细胞）有助于确保适当的生长和形成。
研究人员能够在类器官中引发炎症，导致不规则心跳，从而模拟心房颤动。相关发现发表在《Cell Stem Cell》杂志上。
"我们的新模型使我们能够直接研究活体人类心脏组织，这是以前不可能实现的，"O'Hern说。"当我们添加炎症分子时，心肌细胞开始不规则跳动。然后我们引入了一种抗炎药物，节律部分恢复正常。看到这种情况发生真是太令人难以置信了。"
30多年来，心房颤动领域没有开发出新药。由于当前疗法往往针对症状而非潜在机制，这一疾病仍然治疗效果不佳。心房颤动的药物研发一直困难重重，因为没有可靠的、能模拟该疾病的动物模型。
"这种新模型可以复制许多人医疗问题的核心状况，"Aguirre补充道。"它将推动许多医学进步，因此患者可以期待看到治疗开发加速、更多药物进入市场、更安全的药物以及更便宜的药物，因为公司能够开发更多选择。"
工作原理
在这项研究中，O'Hern和他的研究同事表明，长期存在于特定器官中的先天免疫细胞有助于引导心脏的发育和节律。这些信息还有助于研究人员了解先天性心脏病的起源，这是人类最常见的出生缺陷。
研究人员随后更进一步。他们开发了一个系统，通过让类器官暴露于导致心房颤动的炎症中，使其"老化"以模拟成人的心脏。
为了展示新模型如何用于测试炎症驱动的心脏疾病的治疗方法，研究团队引入了一种抗炎药物，根据团队的发现，该药物有望治疗心房颤动。这恢复了心脏的正常节律。
Aguirre解释说，添加免疫细胞使这些模型在生理学上比以往任何时候都更加准确。
"我们现在看到心脏自身的免疫系统如何同时促进健康和疾病，"他说。"这给了我们前所未有的视角，了解炎症如何引发心律失常以及药物如何可能阻止这一过程。"
缺乏生理学上准确的人体模型以及无法在人类心脏上进行测试，限制了治疗心房颤动等心律失常的新疗法和新药物的发现。
"我们新的人类心脏类器官模型有望结束这30年来没有新药或新疗法的干旱期，"Aguirre说。
Aguirre基于人类的类器官技术直接支持美国国立卫生研究院的"新方法学"任务，旨在现代化转化研究并提高美国临床前测试的预测性。
目前，密歇根州立大学研究人员正在与制药和生物技术合作伙伴合作，筛选化合物以确保它们在预防心律失常的同时不会导致心脏损伤。
Aguirre团队已发表多项研究，确立了密歇根州立大学在人类心脏类器官研究领域的全球领导地位，Aguirre表示更多进展即将到来。
"我们更长远的愿景是开发源自患者细胞的个性化心脏模型用于精准医疗，并有一天生成可移植的心脏组织，"Aguirre说。
该研究的其他重要贡献者包括来自密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所的Christopher Contag、Nureddin Ashammakhi和Sangbum Park；来自Corewell Health的Nagib Chalfoun；以及来自华盛顿大学的Chao Zhou。
Aguirre实验室的研究得到了密歇根州立大学、美国国立卫生研究院、国家科学基金会、Corewell Heath-MSU联盟基金会、Corewell Health、替代研究与发展基金会、拯救小小心脏协会和美国心脏协会的支持。
注：O'Hern被选为美国国立卫生研究院资助的医学科学家培训计划T32拨款的学者，该计划位于密歇根州立大学整骨医学院，他是首批获得该计划支持的整骨医师科学家培训生之一。
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