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探索心脏健康之谜:“人造心脏”正成为现实
新闻来源:    点击数:287    更新时间:2021-05-31 12:33:12    收藏此页

生物人工心脏、干细胞工程和3D打印、人工智能及基因测序,新技术的应用使得有关心脏的一些未解之谜被打开,让一些疾病得到更加有效的治疗。

达·芬奇首次画出心脏

文艺复兴时期的画家、科学家、发明家达·芬奇对机器充满了异于寻常的热情。带着这股热情,他设计了多个世纪后成为现实的设备,如滑翔伞、潜水服和直升机。这些发明创造也反映出他对“最完美的机器”——人体的崇尚。在他的设计草图中,艺术家异常精确地描绘了生物体的各个部位,其中包括对生命最重要的器官之一:心脏。

英国伦敦帝国学院心脏计算机扫描研究组负责人德克兰·奥里甘表示:“达·芬奇一直被认为是文艺复兴时期的伟大艺术家之一,但他也是探索人体解剖学的先驱。作为一名工程师和艺术家,他不仅渴望知道身体是如何构建的,还想探寻其运作原理。”

16世纪初,达·芬奇首次画出了心脏复杂的肌肉纤维网络,即心肉柱。心肉柱能在心脏内部的表面形成几何图案。当时这位天才推测,这种纤维网络在血液流经心脏时起到了让血液变得温暖的作用,但他并没有办法证明这一点。

如今,包括奥里甘在内的一个科学家团队正无限趋近于找到最终答案。作为一名心脏病学家,奥里甘指出:“只有利用现有的现代成像技术、计算机模拟技术和遗传学知识,我们才能尝试解答这些问题。”他的研究已经发表在英国《自然》周刊上。此项研究依靠人工智能处理了25000张心脏磁共振图像,与此同时还详细分析了相关的基因数据。在所有这些信息的基础上,作者得出结论,心脏的下腔室的粗糙表面可以使血液在每次心跳的过程中更有效地循环流动。他们还发现,人类脱氧核糖核酸(DNA)中有6个区域会影响心肉柱分形图案的演变发展。

该项研究的另一个结论是,这些肌肉纤维的形状能够影响到心脏的功能,而这很可能与心脏疾病有关。为了证实这一点,科学家分析了5万名患者的基因数据,并发现这一肌肉纤维网络中的不同分形与罹患心力衰竭的风险有关。心力衰竭是指心脏无法有效地泵血。

奥里甘表示:“我们仍然需要了解在心脏周围流动的血液如何与这些肌肉纤维相互作用。这将帮助我们识别罹患心脏病并发症风险较高的病人。”

“人造心脏”正成为现实

这些科学进展当中还包括“人造心脏”。直到今天,人造心脏仍然是科学界一个无法彻底实现的“完美构想”。来自西班牙巴塞罗那的心脏病学家卡罗琳娜·加尔韦斯-蒙顿表示:“尽管这是一个并不新鲜的科研领域,但仍需要更多研究才能让人造心脏真正成为现实,而且我坚信人造心脏未来必定取得成功。”

目前,相关研究正在人体体外和动物疾病模型中进行。在此类实验当中,科学家把动物心脏当作一个全新的器官来处理,去除所有动物细胞,但保留其结构,以便利用能与人类细胞共存的新肌肉和血管组织对其进行重新填充。这颗“新心脏”将被移植到需要它的人身上。如果能够取得成功,未来或可避免对捐献人体器官的过度依赖。

为了实现这一目标,科学家正在多个领域开展研究工作:干细胞——有可能生成新的组织;3D打印——越来越多地用于生成微型器官;以及计算机模拟——分析这种新器官的心脏组织的收缩和放松过程。

导致心脏疾病基因

目前颇受医学界关注的一个病理现象就是外周动脉疾病——当心脏以外的血管因为脂肪和胆固醇堆积在里面而变窄时,就会发生这种情况。这种疾病可能会减少血流或导致血流中断(通常是流向腿部的血液),进而导致组织坏死,在较为严重的情况下甚至可能导致截肢。在一项发表在英国《自然·医学》月刊上的研究中,科学家分析了超过63.7万人的遗传信息,找到了与这种疾病有关的18个新的基因组区域。
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