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◎本報記者 金 鳳 通訊員 吳涵玉
微納米塑料廣泛分布于生態系統中，目前已成為全球新型污染物。此前研究發現，人體血液和臟器中均可檢測到微納米塑料，會對人體產生危害。精準實時地對微納米塑料進入心臟、發揮毒性的全過程進行可視化追蹤，對于心臟保護具有重要作用。
記者近日從東南大學獲悉，該校教授梁戈玉、研究員陳早早團隊整合心臟類器官和器官芯片技術優勢，構建了心臟類器官芯片，為體外心臟毒性評估提供了新模型。相關研究成果日前發表于國際學術期刊《美國化學學會·納米》。
模擬人體心臟力學信號
“目前，對于心臟毒理、藥理學的研究，大多采用動物模型和體外細胞模型等傳統評估模型。隨著相關研究日益深入，其缺陷也逐漸暴露。”梁戈玉介紹，與人體相比，小鼠等動物模型存在一些關鍵基因表達、器官功能結構的差異。而單層的體外細胞模型，也難以真實模擬人體內復雜的生理情況。
因此，開發一種更接近人體心臟的新模型對于心臟疾病研究至關重要。心臟類器官和器官芯片技術的誕生為克服現有問題提供了新途徑。心臟類器官是一種通過精細調控多能干細胞分化而得到的微組織，像是一顆“迷你心臟”。“它在基因組上更接近人體心臟，能有效解決種屬差異的問題。”梁戈玉說，這種“迷你心臟”還具備類似人體心臟的多種細胞類型，能模擬心臟真實的搏動情況，肉眼可見其在體外持續跳動。
為了更進一步模擬人體心臟中的流體力學，研究團隊基于前沿醫工交叉技術，構建了心臟類器官芯片。“這種芯片將心臟類器官裝載其中，為其提供了必要的培養條件。”陳早早介紹，這相當于為“迷你心臟”搭建了一個“房子”。在不足巴掌大的“房子”里，該芯片可以提供與人體心臟相似的力學信號。
研究團隊通過對心臟類器官芯片進行測試發現，該芯片能夠快速響應心臟藥物的刺激，模擬心臟跳動加快、減慢以及心律失常等反應，并可再現心肌損傷標志物分泌，這些表現與臨床上的心臟反應類似。
開展體外心臟毒性測試
在紫外線照射、物理磨損和生物降解等情況下，塑料制品會逐漸分解出微納米塑料。梁戈玉介紹，由于體積小、質量輕，微納米塑料容易經消化道和呼吸道進入人體，并穿透血管屏障，隨著血液循環流至各個臟器。
“目前關于微納米塑料對心臟損傷的研究處于初步階段，包括心臟在病理狀態下對微納米塑料的易感性等問題仍需探索。”梁戈玉說。
研究團隊利用心臟類器官芯片，在體外實時、可視化地對微納米塑料進入心臟并發揮毒性的全過程進行了長期追蹤。陳早早介紹，研究團隊選取了短期和長期兩個暴露時長，對納米塑料、微納米塑料誘導的心臟損傷進行動態觀察，發現微納米塑料能夠隨著時間的延長和劑量的加大導致心臟結構和功能受損加重。
“轉錄組測序分析顯示，氧化應激、炎癥應答、鈣離子穩態失衡、線粒體損傷在微納米塑料誘導心臟損傷的早期發揮關鍵作用，而心臟纖維化是心臟損傷晚期的突出特征。”陳早早說，為了探究微納米塑料對于具有心臟基礎疾病人群的影響，研究團隊還構建了心肌梗死的病理模型，發現心臟在病理狀態下對于低劑量納米塑料暴露的易感性大大增加。
梁戈玉說，上述研究整合心臟類器官和器官芯片技術，開發心臟類器官芯片，并從多個維度驗證其作為體外心臟毒性測試平臺的可靠性。同時，研究聚焦微納米塑料的心臟毒性效應及機制，為微納米塑料污染防治提供了理論依據。（科技日報）