近日，國家兒童醫學中心-上海交通大學醫學院附屬上海兒童醫學中心王偉主任醫師、付煒研究員團隊聯合南京大學鼓樓醫院研究團隊，在國際權威學術雜志《ACS Nano》發表最新科研成果：“利用結構色系統實時監測人誘導多能干細胞定向心肌細胞分化的功能變化過程”。

這個研究有什么創新？

心肌細胞可以說是心臟的基礎組成部分。心肌是如何“成長”的？在此過程中，它的功能又發生了什么變化？科學家通過這個方法，可以實時、可視化、無創地研究心肌細胞的“成長”。

研究使用了一種新材料——水凝膠，這種材料表面帶有微槽，可以方便地“儲存”細胞。此次研究的“原始材料”，是人誘導多能干細胞來源的心肌祖細胞。

在這個水凝膠制作而成的小小的“芯片”中，科學家通過模擬體內微環境早期干預從而促進心肌分化、成熟。觀察心肌的“祖先”如何成長為“心肌細胞群”。

同時通過水凝膠的結構色特性，將心肌分化過程中發生的功能變化通過顏色變化反映出來。這也就是為什么我們能夠看到七彩的幻化 。

在實驗室中，科學家實驗的步驟：

首先，需要培養心肌細胞。

現如今，1 ml血液、一小份皮膚都能培養出誘導多能干細胞（iPS細胞）。

iPS細胞是一種人工培養出的“元細胞”，它能分化成各種類型的細胞。

科學家培養出iPS細胞后，再以此分化為心肌細胞。

將載有活性心肌細胞的培養液注入到水凝膠后即可制成“芯片”，心肌細胞將進一步“成長”。付煒研究員介紹，成品“芯片”像果凍一樣，厚厚的。

在汞燈照射下，研究人員就能觀察到跳動的七彩心啦。

據了解，七彩心的顏色變化、跳動的節奏都會根據心肌細胞的成熟程度、加入的藥物等因素而發生變化。

“實時”、“可視化”都能理解，“無創”是怎么實現的？

原來，此前傳統研究中，評估細胞的基因表達需要破壞細胞，抽提RNA進行分析。這時候，細胞也就“死”了。

而這個研究中，研究人員發現，與細胞分化成熟相關的基因表達恰恰與水凝膠材料顏色變化十分契合。研究發現了iPS細胞分化時間、基因表達及顏色光譜三者之間的關聯關系，從而突破傳統路徑，實現了“無創化”評估細胞基因表達的新手段。

這個研究解決了什么問題？

兒中心黨委副書記、主任醫師王偉介紹，它的意義十分重大。尤其對兒童生長發育的研究，也能提供疾病預測、早期治療、生物學研究等功能。“當然，以現有技術，大規模應用還有很長的路要走。”

1. 藥物篩選

一般來說，發現了一個新藥，都會進行動物實驗。但其實，很多時候動物和人類差別巨大，在動物身上有效的藥，對人類可能沒那么有效。用了“芯片”后，對藥物篩選更有效，因為這些細胞直接來源于人，一定程度上可以替代動物實驗。

2. 了解疾病特定信息

利用iPS細胞分化出的不同類型的細胞，可以制作成不同的器官“芯片”，這些“芯片”可帶有個人的遺傳信息。對未來個人健康狀況了解、疾病的精準治療有非常重要的意義。

3. 心肌病的精準治療

研究結果表明，微槽結構色水凝膠可以有效促進人誘導多能干細胞來源的心肌細胞分化和成熟；同時，隨著分化進程，心肌細胞隨之跳動，帶動結構色材料的顏色發生紅綠藍的肉眼可見的變化，從而實現了監測心肌分化的“實時”和“可視化”。

此次科研團隊研究的心肌“芯片”，對于心肌病、心臟病的精準治療非常有效。在小小的“芯片”中，科學家可以進行大規模的藥物實驗，篩選出更有效果的特效藥，造福患者。