用心肌细胞修复人的心脏组织

作者：Ilya Y. Shadrin,Brian W. Allen,Ying Qian,Christoph

心肌细胞（CMS）来源于人胚胎干细胞，它诱导多能干细胞（hPSC CMS），是药物开发和再生疗法应用的一个有吸引力的细胞来源。

为了药物开发和疾病模型研究，人类增加了对诱导多能干细胞来源的心肌细胞（hiPSC CMS）的利用，但是生产大的、功能性心脏组织的方法还是缺乏。

Bursac等科学家设计了一个“修心”平台，用3D培养，让hiPSC CMS成熟，经过5周的分化，显示了强劲的机电耦合，H-zones, I-bands保持一致，显示了T-tubules 和 M-bands的证据。

经过培养，“修心”的成熟标志和功能输出增加，接近成人心肌的值。“修心”可以扩大到临床的尺寸，同时保持高传导速度、收缩应力和空间均匀性。

在裸鼠心室内，利用宿主血管，“修心”血管形成，继续导致钙瞬变。当注入到大鼠的心脏，“修心”有力地嫁接，保持植入前的电气功能，而不增加心律失常的发生率。这些研究为未来利用hiPSC CMS组织，为人类心脏修复提供了技术可能。

由于约10亿个CM可以人在心脏病发作时失去，而细胞分化、纯化和冷冻技术的显著进步，可以大量生产高纯度的HPSC CMS。

这些进步给治疗带来期望，特别是当结合组织工程策略，加速hPSC-CM在体外成熟，提高植入体内的细胞的生存率，保持和功能性。

相比于目前在诊所测试细胞注入策略，体外植入有功能的心肌组织工程提供了很多好处，如提高生存率、保持、在梗塞部位植入细胞的旁分泌作用、增加结构的支持、用导电组织全覆盖瘢痕带来的抗心律失常作用。

心肌组织工程的临床应用还面临着一些挑战，包括：

（1）心肌细胞发育不足，（2）组织的表面积小，（3）组织厚度小（没可灌注的血管），和（4）植入和宿主组织之间机电整合不足。

在这项研究中，针对前两个挑战，Bursac团队建立了一个面积与临床相似（4 × 4 厘米），高度成熟和功能性的人心脏组织修复平台（cardiopatches）。该方法快速（从多能状态开始5周），可在多个细胞系，并且不需要电气或机械刺激，不使用灌注生物反应器，

或其他会使未来的临床转换复杂的条件。相反，研究人员利用一个自由浮动的动态培养，提高养分的有效性，灵活的框架来支持强化组织，优化培养基和细胞接种密度，开发高效离体心脏的成熟系统。

该研究成果，近日发表在《Nature》杂志上。

在低密度cardiopatches平台增加细胞的成熟和大小

参考文献

Cardiopatch platform enables maturation and scale-up of human pluripotent stem cell-derived engineered heart tissues

Ilya Y. Shadrin,Brian W. Allen,Ying Qian,Christopher P. Jackman,Aaron L. Carlson,Mark E. Juhas&Nenad Bursac