微纳米塑料广泛分布于生态系统中，目前已成为全球新型污染物。此前研究发现，人体血液和脏器中均可检测到微纳米塑料，会对人体产生危害。精准实时地对微纳米塑料进入心脏、发挥毒性的全过程进行可视化追踪，对于心脏保护具有重要作用。
记者近日从东南大学获悉，该校教授梁戈玉、研究员陈早早团队整合心脏类器官和器官芯片技术优势，构建了心脏类器官芯片，为体外心脏毒性评估提供了新模型。相关研究成果日前发表于国际学术期刊《美国化学学会·纳米》。
模拟人体心脏力学信号
“目前，对于心脏毒理、药理学的研究，大多采用动物模型和体外细胞模型等传统评估模型。随着相关研究日益深入，其缺陷也逐渐暴露。”梁戈玉介绍，与人体相比，小鼠等动物模型存在一些关键基因表达、器官功能结构的差异。而单层的体外细胞模型，也难以真实模拟人体内复杂的生理情况。
因此，开发一种更接近人体心脏的新模型对于心脏疾病研究至关重要。心脏类器官和器官芯片技术的诞生为克服现有问题提供了新途径。心脏类器官是一种通过精细调控多能干细胞分化而得到的微组织，像是一颗“迷你心脏”。“它在基因组上更接近人体心脏，能有效解决种属差异的问题。”梁戈玉说，这种“迷你心脏”还具备类似人体心脏的多种细胞类型，能模拟心脏真实的搏动情况，肉眼可见其在体外持续跳动。
为了更进一步模拟人体心脏中的流体力学，研究团队基于前沿医工交叉技术，构建了心脏类器官芯片。“这种芯片将心脏类器官装载其中，为其提供了必要的培养条件。”陈早早介绍，这相当于为“迷你心脏”搭建了一个“房子”。在不足巴掌大的“房子”里，该芯片可以提供与人体心脏相似的力学信号。
研究团队通过对心脏类器官芯片进行测试发现，该芯片能够快速响应心脏药物的刺激，模拟心脏跳动加快、减慢以及心律失常等反应，并可再现心肌损伤标志物分泌，这些表现与临床上的心脏反应类似。
开展体外心脏毒性测试
在紫外线照射、物理磨损和生物降解等情况下，塑料制品会逐渐分解出微纳米塑料。梁戈玉介绍，由于体积小、质量轻，微纳米塑料容易经消化道和呼吸道进入人体，并穿透血管屏障，随着血液循环流至各个脏器。
“目前关于微纳米塑料对心脏损伤的研究处于初步阶段，包括心脏在病理状态下对微纳米塑料的易感性等问题仍需探索。”梁戈玉说。
研究团队利用心脏类器官芯片，在体外实时、可视化地对微纳米塑料进入心脏并发挥毒性的全过程进行了长期追踪。陈早早介绍，研究团队选取了短期和长期两个暴露时长，对纳米塑料、微纳米塑料诱导的心脏损伤进行动态观察，发现微纳米塑料能够随着时间的延长和剂量的加大导致心脏结构和功能受损加重。
“转录组测序分析显示，氧化应激、炎症应答、钙离子稳态失衡、线粒体损伤在微纳米塑料诱导心脏损伤的早期发挥关键作用，而心脏纤维化是心脏损伤晚期的突出特征。”陈早早说，为了探究微纳米塑料对于具有心脏基础疾病人群的影响，研究团队还构建了心肌梗死的病理模型，发现心脏在病理状态下对于低剂量纳米塑料暴露的易感性大大增加。
梁戈玉说，上述研究整合心脏类器官和器官芯片技术，开发心脏类器官芯片，并从多个维度验证其作为体外心脏毒性测试平台的可靠性。同时，研究聚焦微纳米塑料的心脏毒性效应及机制，为微纳米塑料污染防治提供了理论依据。