植物与动物跨界合作,菠菜叶脉上生长心

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以前，研究人员只能在实验室做一些小的组织培养，他们试图做出骨骼甚至器官等一些大组织培养，这样就可以植入人体来治疗某些疾病和创伤，但面临着一个很大的挑战：如何建立组织血液系统，使组织里面能长出血管。

目前的生物工程技术，包括3D打印，都不能制造血液的分支网络。只

有达到可生长毛细血管标准，才能传递适合组织生长所需的氧气、营养物质和必需的分子

。为了解决这个问题，伍斯特理工学院（WPI）、威斯康星大学麦迪逊分校和阿肯色州立大学的多学科研究团队使用植物取得了成功。他们进行了“跨界”：使用脱细胞的植物作为可以进行血流灌注的组织工程支架。该文章将发表于年5月的《生物材料》杂志（Biomaterials）。

该文章的作者写道：“植物和动物利用根本不同的方法来输送液体，但是在血管网络结构方面也有惊人的相似之处。使用脱分化的植物细胞作为支架开辟了一个新的科学分支的潜力，该学科在植物和动物之间的进行模仿研究。”

在上面图片序列中，使用清洗剂将菠菜叶子上的植物细胞剥离，称为脱细胞过程。这个过程后留下了叶子的脉管系统。伍斯特理工学院（WPI）的研究人员能够在这种脱细胞的叶子上培养人心脏细胞。

该团队在剥离植物细胞的菠菜叶脉上培养人心脏细胞

。他们通过菠菜脉管系统得到类似于人类血细胞的流体和微球，并且他们把菠菜的叶脉与人类的血管细胞联系起来。这些研究开启了使用多个菠菜叶脉形成健康心肌层来治疗一部分心脏病患者的大门。

脱细胞的植物可以为各种生物组织工程技术提供支架。“我们有更多的工作要做，从目前来看这是非常有前途的”，WPI生物医学工程教授，该论文的作者GlennGaudette博士说。“使用农民种植数千年的丰富植物来用于组织工程，可以解决许多限制该领域发展的问题。”

本文的第一作者是Gaudette实验室的研究生JoshuaGerslak，他设计了该实验，并且开发了通过流动或灌注清洗剂溶液从菠菜叶上去除植物细胞得到叶脉的有效过程。Gershlak说：“在我做菠菜叶工作之前，我已经对人类心脏进行了一些工作。菠菜的茎提醒我它像一个主动脉，所以我想，我们可以通过茎灌注血液。我们不确定它会起作用，但事实证明是相当容易和可重复的，它可以在许多植物上工作。”

当植物细胞被洗走时，残留的主要是由纤维素制成的骨架，纤维素是对人体无害的天然物质。作者写道：“纤维素具有生物相容性，并且已被用于各种各样的再生医学应用，如软骨组织工程、骨组织工程和伤口愈合。

除菠菜叶外，该团队成功地从荷兰芹、青蒿（甜蒿）和花生毛根脱细胞。他们期望这种技术将适用于可适应特殊组织再生研究的许多植物物种。“菠菜叶可能更适合于高度血管化的组织，如心脏组织，而凤仙花茎（凤仙花科凤仙花属植物）的圆柱形中空结构可能更适合于动脉移植；木材的血管柱可能在骨骼工程中有用，由于它们的相对强度和几何形状差不多。

使用植物作为组织工程的材料也具有经济和环境效益。“通过利用植物组织支架的良好的化学性质，我们可以解决合成复合材料的许多局限性和高成本问题，植物可以通过良好的农业劳动和可以控制的环境轻松生长，通过组合血管和脱细胞植物组织建立的良好环境，我们已经研究出，可以为血管组织工程支架提供可持续的解决方案。”

在WPI，这项研究继续沿着几条路线开展，Gaudette说，包括研究优化脱细胞过程，并进一步研究各种人类细胞如何生长，及它们怎么附着在植物支架上，和得到的养分供给问题。此外，还将探索二级血管网络，以便使其从来自人体的组织中流动血液和液体。年4月7日，Gershlak将在波士顿国家发明家学院创新展示会上介绍这项技术和早期的研究成果，届时，将有多名成功的发明家和技术商业化领导者聆听他详细介绍这项研究。