科學(xué)家玩“跨界”？用菠菜葉培育出“心臟組織”

 需要器官移植的人要比器官捐贈(zèng)者要多得多。僅在美國，每時(shí)每刻都有超過10萬名的患者在等待一個(gè)器官。平均每天有22人在等待一個(gè)器官或組織的過程中死亡。目前，科學(xué)家們正在實(shí)驗(yàn)室中緊鑼密鼓地開發(fā)培育器官的方法，使其能夠用于急需器官捐贈(zèng)的患者。過去，人類某些組織已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室成功培育。但是，一個(gè)主要的瓶頸是完整的組織或器官需要一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，才能夠?qū)⒀汉蜖I養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)秸诎l(fā)育的組織中。如果沒有循環(huán)系統(tǒng)，那么移植的器官就僅限于非常小的尺寸。 血管的網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，以至于不能將其生物工程化，甚至不能進(jìn)行3D打印。一個(gè)多學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)將關(guān)注點(diǎn)聚焦到了植物，更具體地說是菠菜。他們希望通過菠菜來解決這個(gè)問題。當(dāng)然，盡管植物和動(dòng)物有著截然不同的液體、大分子物質(zhì)運(yùn)輸方式，但令人驚訝的是，他們在導(dǎo)管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上是非常相似的。

人類血管和植物葉脈都擁有分支結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且剝離植物細(xì)胞的葉脈可用作人類心臟細(xì)胞的支架。事實(shí)上，研究人員已經(jīng)能夠成功地使用脫細(xì)胞菠菜葉來培養(yǎng)能夠跳動(dòng)的心臟細(xì)胞。
葉脈分支結(jié)構(gòu)與人類血管相似（如下圖）

這是怎么做到的？！ 研究人員使用一種洗滌劑去除了菠菜葉的所有植物細(xì)胞，纖維素形成的管狀結(jié)構(gòu)仍完好無損。纖維素非常適合人體，能夠促進(jìn)傷口愈合。這個(gè)結(jié)構(gòu)可用作人類心臟細(xì)胞生長的支架。這些心臟細(xì)胞非常健康，能夠跳動(dòng)并且可以處理鈣質(zhì)。研究人員通過葉脈使液體和與人類血液細(xì)胞尺寸相近的微珠傳輸流動(dòng)，，以及在葉脈處培養(yǎng)形成人類血管的細(xì)胞。未來，使用更多菠菜葉子用來促進(jìn)不同層健康心臟肌肉的生長，使心臟病患者免受疾病困擾。一些葉子可以用作動(dòng)脈，一些用作靜脈。

7天剝離菠菜葉細(xì)胞的全過程
未來方向

科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種能高效去除菠菜葉子細(xì)胞的洗滌劑葉脈灌注方法。這種方法對其它植物同樣有效。也就是說，其他脫細(xì)胞植物也能夠用于各種人類組織的生長，例如芹菜、青蒿、花生的根須等。不同類型的植物可能更適合不同類型組織的生長。例如菠菜葉可能更適合血管豐富的人體組織生長，就比如心臟。鳳仙花的圓柱形的空心桿則更適合于動(dòng)脈。木頭因其強(qiáng)度和幾何構(gòu)造可用于骨頭的生長。 這種植物支架的另一好處就是更加廉價(jià)，并且比合成材料更加環(huán)保。它可以由患者自身的細(xì)胞組成，使其兼容性更好。但現(xiàn)在還沒確定移植器官如何集成到人類循環(huán)系統(tǒng)，以及是否會(huì)產(chǎn)生免疫反應(yīng)。在其用于實(shí)際移植之前，仍有許多工作要做。但無論如何，人類和植物生物學(xué)的創(chuàng)造性融合是科學(xué)領(lǐng)域的新篇章。