1毫升血可“看见”基因表达， “彩虹芯片”为心脏病治疗提供新可能

近日，国家儿童医学中心-上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心王伟主任医师、付炜研究员团队联合南京大学鼓楼医院研究团队，在国际权威学术杂志《ACS Nano》发表最新科研成果：“利用结构色系统实时监测人诱导多能干细胞定向心肌细胞分化的功能变化过程”。

这个研究有什么创新？

心肌细胞可以说是心脏的基础组成部分。心肌是如何“成长”的？在此过程中，它的功能又发生了什么变化？科学家通过这个方法，可以实时、可视化、无创地研究心肌细胞的“成长”。

研究使用了一种新材料——水凝胶，这种材料表面带有微槽，可以方便地“储存”细胞。此次研究的“原始材料”，是人诱导多能干细胞来源的心肌祖细胞。

在这个水凝胶制作而成的小小的“芯片”中，科学家通过模拟体内微环境早期干预从而促进心肌分化、成熟。观察心肌的“祖先”如何成长为“心肌细胞群”。

同时通过水凝胶的结构色特性，将心肌分化过程中发生的功能变化通过颜色变化反映出来。这也就是为什么我们能够看到七彩的幻化 。

在实验室中，科学家实验的步骤：

首先，需要培养心肌细胞。

现如今，1 ml血液、一小份皮肤都能培养出诱导多能干细胞（iPS细胞）。

iPS细胞是一种人工培养出的“元细胞”，它能分化成各种类型的细胞。

科学家培养出iPS细胞后，再以此分化为心肌细胞。

将载有活性心肌细胞的培养液注入到水凝胶后即可制成“芯片”，心肌细胞将进一步“成长”。付炜研究员介绍，成品“芯片”像果冻一样，厚厚的。

在汞灯照射下，研究人员就能观察到跳动的七彩心啦。

据了解，七彩心的颜色变化、跳动的节奏都会根据心肌细胞的成熟程度、加入的药物等因素而发生变化。

“实时”、“可视化”都能理解，“无创”是怎么实现的？

原来，此前传统研究中，评估细胞的基因表达需要破坏细胞，抽提RNA进行分析。这时候，细胞也就“死”了。

而这个研究中，研究人员发现，与细胞分化成熟相关的基因表达恰恰与水凝胶材料颜色变化十分契合。研究发现了iPS细胞分化时间、基因表达及颜色光谱三者之间的关联关系，从而突破传统路径，实现了“无创化”评估细胞基因表达的新手段。

这个研究解决了什么问题？

儿中心党委副书记、主任医师王伟介绍，它的意义十分重大。尤其对儿童生长发育的研究，也能提供疾病预测、早期治疗、生物学研究等功能。“当然，以现有技术，大规模应用还有很长的路要走。”

1. 药物筛选

一般来说，发现了一个新药，都会进行动物实验。但其实，很多时候动物和人类差别巨大，在动物身上有效的药，对人类可能没那么有效。用了“芯片”后，对药物筛选更有效，因为这些细胞直接来源于人，一定程度上可以替代动物实验。

2. 了解疾病特定信息

利用iPS细胞分化出的不同类型的细胞，可以制作成不同的器官“芯片”，这些“芯片”可带有个人的遗传信息。对未来个人健康状况了解、疾病的精准治疗有非常重要的意义。

3. 心肌病的精准治疗

研究结果表明，微槽结构色水凝胶可以有效促进人诱导多能干细胞来源的心肌细胞分化和成熟；同时，随着分化进程，心肌细胞随之跳动，带动结构色材料的颜色发生红绿蓝的肉眼可见的变化，从而实现了监测心肌分化的“实时”和“可视化”。

此次科研团队研究的心肌“芯片”，对于心肌病、心脏病的精准治疗非常有效。在小小的“芯片”中，科学家可以进行大规模的药物实验，筛选出更有效果的特效药，造福患者。