心臟的右心房深處存在一個名為竇房結的微小細胞團，負責控制人體的心跳。竇房結常被描述為心臟的天然起搏器，能夠產生電脈衝，以保持心臟以穩定且協調的節奏跳動。在神經系統的信號指引下，這些脈衝告訴心臟的上、下腔室何時收縮，從而使血液在全身循環。當竇房結出現故障時，心臟可能會跳動過慢，甚至短暫停止，從而影響血流，造成嚴重的健康風險。在最嚴重的情況下，這一關鍵控制中心的失效可能會危及生命，並需要人造起搏器或緊急醫療幹預。
上海科學家成功開發生物起搏器以模擬心臟節奏
與人造神經網絡聯繫的心臟有機體。來自上海的一組科學家開發出一種實驗室培養的生物起搏器，旨在模仿心臟的自然節奏控制系統。根據《南華早報》的報導，研究人員利用人類多能幹細胞，這些細胞可以轉化為多種不同類型的組織，創建了一個三維的竇房結有機體，能夠產生電脈衝。為了使系統更具生命力，研究團隊將該有機體與一個人造心臟叢集相連，這是一個位於心臟底部附近的神經網絡，幫助調節心跳活動。
這一成就使研究人員能夠重現神經系統如何與心臟進行通信，為研究不規則的心律和開發未來減少對電子起搏器依賴的治療方法開啟了新的可能性。
這項研究發表在《Cell Stem Cell》期刊，涉及中國科學院和復旦大學的科學家。團隊專注於竇房結，這是心臟中負責控制其節奏的微小部分。儘管它在保持心臟正常跳動中扮演了關鍵角色，但由於其小巧的尺寸和難以到達的位置，科學家一直難以對其進行研究。竇房結位於右心房上部，接近人體最大的靜脈之一，因此在人體組織樣本中很難接觸到，這限制了對其運作及相關心臟病症的研究。
實驗室培養的竇房結模型為心律失常研究提供新方向
在動物模型無法完全複製人類心臟的自然起搏器運作時，科學家們將目光轉向實驗室培養的竇房結模型，以便更好地理解心律失常並探索新的治療選擇。2024 年，來自紐約州立大學唐州健康科學大學的研究強調了此類模型在研究疾病和開發生物起搏器方面的潛力。上海的研究人員基於該目標，利用人類多能幹細胞創建了三維的竇房結有機體，並重現了在早期胚胎發育過程中通常觀察到的信號。這種實驗室培養的組織能夠產生穩定且自發的跳動，與心臟的自然起搏器活動非常相似。
這一突破使科學家首次在實驗室環境中重現了心臟生成和傳遞控制其節奏的電信號的完整過程。研究人員發現，這種實驗室培養的組織在基因活性方面與人類胚胎竇房結細胞非常接近，並且對用於控制心率的藥物也做出了正確反應。這些發現可能為未來基於移植細胞或有機體的生物起搏器鋪平道路，提供傳統電子設備的替代方案。傳統心臟起搏器使用電脈衝來調節心跳，已在醫學上廣泛應用超過 50 年，並仍然是治療危險心律失常或不規則心跳患者最常見的選擇之一。
項目 規格 研究機構 中國科學院、復旦大學 使用細胞類型 人類多能幹細胞 有機體類型 三維竇房結有機體
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