东南大学团队构建心脏类器官芯片，揭秘微纳米塑料心脏毒性

东南大学团队构建心脏类器官芯片，揭秘微纳米塑料心脏毒性

2024年12月30日，东南大学梁戈玉教授、陈早早研究员团队在国际著名学术期刊《ACS Nano》发表重要研究成果，成功构建心脏类器官芯片，为体外心脏毒性评估提供了新的模型。这一突破不仅解决了传统评估模型的局限性，还为心脏疾病研究和药物开发开辟了新的途径。

心血管疾病是全球主要死因之一，每年约有三分之一的死亡病例与其相关。近年来，微纳米塑料作为新型环境污染物，其潜在的心脏毒性引起了广泛关注。研究表明，这些微小粒子能够穿透血管屏障，随血液循环进入心脏，但其具体危害机制尚不明确。

传统的心脏毒理学研究主要依赖动物模型和体外细胞模型。然而，动物模型存在种属差异，而体外细胞模型则无法完全模拟人体内复杂的生理环境。因此，开发一种更接近人体心脏的体外模型成为迫切需求。

东南大学团队通过整合心脏类器官和器官芯片技术，成功构建了高仿真性的心脏类器官芯片。该芯片的核心是通过重编程技术将人体细胞转化为多潜能干细胞，进而分化成“迷你心脏”。这种“迷你心脏”不仅在基因组上更接近人体心脏，还能模拟真实心脏的搏动情况。

为了更进一步模拟人体心脏中的流体力学，研究团队为“迷你心脏”搭建了一个透明的“房子”——器官芯片。这个不足巴掌大的芯片高度模拟体内环境，能够提供类似人体心脏的力学信号。

研究团队利用构建的心脏类器官芯片，在体外实时、可视化地追踪了微纳米塑料进入心脏并引起毒性的全过程。通过短期和长期两个暴露时间点的动态观察，研究人员发现：

• 随着暴露时间的延长和剂量的增加，心脏受损程度逐渐加重
• 氧化应激、炎症应答、钙离子稳态失衡和线粒体功能障碍是早期关键损伤事件
• 心脏纤维化是长期暴露后的晚期特征
• 在病理状态下，心脏对低剂量纳米塑料的易感性显著增加

心脏类器官芯片技术的突破为医学研究和药物开发带来了新的机遇。该技术不仅能用于评估环境污染物的心脏毒性，还可应用于新药筛选、疾病机理研究等多个领域。通过与生物3D打印、基因编辑等新技术的结合，有望进一步提升其仿真度和应用范围。

中国科学院院士、南昌大学教授陈晔光表示：“器官芯片是一种基于人体生物学的仿生微生理系统，通过整合工程学和生物学策略，可在体外模拟人体器官的动态微环境，为生命科学研究和药物评估提供了新的策略和工具。”

尽管该技术仍面临一些挑战，如如何实现精准评估、如何将‘实验室有效’推进到‘临床有效’等，但其发展前景广阔。随着生命科学和工程学的深度融合，心脏类器官芯片有望成为未来医学研究的重要工具，为人类健康事业做出更大贡献。