Science子刊：将人类多能干细胞衍生的心肌细胞与导电硅纳米线相结合可改善梗塞心脏的修复

在一项新的研究中，来自美国克莱门森大学、南卡罗来纳医科大学和芝加哥大学的研究人眼开发出一种策略，利用人类多能干细胞（human pluripotent stem cell, hPSC）衍生的心肌细胞（hPSC-CM）与可生物降解、生物兼容的导电硅纳米线相结合，改善遭受心肌梗塞的心脏修复。相关研究结果发表在2023年8月4日的Science Advances期刊上，论文标题为“Nanowired human cardiac organoid transplantation enables highly efficient and effective recovery of infarcted hearts”。

在这项新的研究中，这些作者详细介绍了hPSC-CM、人心脏成纤维细胞、内皮细胞和基质细胞如何自我组装形成心脏类器官（cardiac organoids），以模拟心脏组织水平的基本功能，并包含血管网络，从而降低缺氧时细胞凋亡的风险。

含有导电硅纳米线（electroconductive silicon nanowire, e-SiNW）的心脏类器官（cardiac organoids）是嵌入了微细导线的活的、可收缩的微型心脏组织球体，由hPSC-CM、人心脏成纤维细胞、内皮细胞和基质细胞自我组装而形成，并与导电硅纳米线一起培养，使得导电硅纳米线与心脏类器官融为一体。随后，这些作者将这些微型心脏组织球体注入受损和濒死的大鼠心脏组织中。

虽然使用心脏类器官进行组织修复并不是什么新鲜事，但修复部位的细胞存留率较低，导致功能改善不明显和可扩展性问题。导电硅纳米线的加入增加了心脏类器官的传导性，使它们能更好地同步，促进细胞间更好的沟通并与现有心脏组织整合在一起。

e-SiNW在大鼠心肌中的生物相容性。图片来自Science Advances, 2023, doi:10.1126/sciadv.adf2898。

与之前没有在 hPSC-CM中加入导电硅纳米线的研究（每只大鼠移植大约0.5 × 10⁶ 个 hPSC-CM）相比，含有导电硅纳米线的心脏类器官在大鼠体内实现了双倍的功能恢复，但移植的hPSC-CM数量较少，每只大鼠移植大约有 0.5 × 10⁶ 个 hPSC-CM。正如硅的生物相容性所预期的那样，在健康或损伤修复环境中整合导电硅纳米线不会加剧炎症反应。

与不含有导电硅纳米线的心脏类器官相比，含有导电硅纳米线的心脏类器官也表现出明显较少的细胞凋亡。虽然原因并不明确，但是这些作者认为这可能是由于含有导电硅纳米线的心脏类器官中的血管网络提供了一种更具心脏保护性的微环境，以支持 hPSC-CM 的存活。

这种新方法似乎为提高 hPSC-CM的治疗潜力提供了一种安全有效的解决方案。该方法克服了传统方法的局限性，改善了心脏功能、定植率和血管形成，可能成为 hPSC-CM 在治疗心脏损伤以及潜在的其他传导组织（如骨骼肌和神经组织）方面的常规临床应用。

还需要利用更大的样本量开展进一步研究和更长时间的监测，并探究移植的心脏类器官和宿主心肌中的基因表达，以便从机理上了解含有导电硅纳米线的心脏类器官介导的心脏修复如何发挥同化组织（assimilated tissue）的功能。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Yu Tan et al. Nanowired human cardiac organoid transplantation enables highly efficient and effective recovery of infarcted hearts. Science Advances, 2023, doi:10.1126/sciadv.adf2898.

2. Repairing the heart with silicon nanowires and stem cell cardiomyocytes
https://medicalxpress.com/news/2023-08-heart-silicon-nanowires-stem-cell.html