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近年来科学家们在心肌细胞研究领域取得的重要成果!

来源:本站原创 2020-09-25 20:41

本文中,小编整理了多篇重要研究成果,共同解读近年来科学家们在心肌细胞研究领域取得的重要成绩,分享给大家!

图片来源:Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.08.031

【1】Cell:重大进展!巨噬细胞网络维持心脏中的心肌细胞健康

doi:10.1016/j.cell.2020.08.031

在一项新的研究中,来自西班牙国家心血管病研究中心(CNIC)的研究人员发现一种细胞清洁系统,这是保持心脏健康的关键。这种机制使得心脏的收缩性细胞(心肌细胞)将受损的组分释放到细胞外面,形成称为exopher的颗粒。这些颗粒随后被生活在心脏内部的巨噬细胞网络摄取,这些巨噬细胞负责在它们引起心脏炎症之前将它们清除,相关研究结果发表在了Cell期刊上。

这项研究汇总了五年多的研究结果。它提供的新见解表明,在某些情况下,心脏功能障碍可能来自于常驻免疫细胞的缺陷,而不是心肌细胞。这一发现对心脏病的诊断和治疗具有重要意义。到目前为止,人们的假设是,大多数细胞可以自行处理或循环利用它们的废弃物。然而,在这项新的研究中,CNIC研究团队发现,在心脏中,这一过程需要两类细胞的密切协作,这样物质就会从心肌细胞转移到邻近的巨噬细胞,而巨噬细胞最终负责处理废弃物。

【2】Cell子刊:探究太空飞行对人iPS细胞衍生性心肌细胞结构和功能的影响

doi:10.1016/j.stemcr.2019.10.006

当宇航员进入太空中的微重力环境时,他们会在身体的许多部位经历一系列生理变化。在一项新的研究中,由美国斯坦福大学医学院斯坦福心血管研究所主任Joseph Wu领导的一组研究人员近期将由人诱导性多能干细胞(iPS细胞,也称为ipsC)产生的心肌细胞与宇航员一起送往国际空间站(International Space Station, ISS),以研究这些细胞发生的变化。通过RNA测序,他们发现这些细胞中许多基因的表达不同于未进入太空中的细胞,包括线粒体代谢基因。相关研究结果发表在了Stem Cell Reports期刊上。

这些作者在这项研究中报道,在先前的血细胞微重力研究中也发现了在微重力下心脏细胞中的线粒体代谢基因活性增加了,这表明对太空飞行的某些细胞反应可以在多种类型的细胞中发生。Wu告诉《科学家》杂志,这种上调可能与细胞尝试减轻与心血管疾病有关的线粒体功能障碍有关,要知道太空人具有增加的罹患心血管疾病的风险,但是有必要开展进一步的研究来理解他的这项最新实验的结果。

【3】BBRC:利用人类诱导多能干细胞分化的心肌细胞开发出新型心肌梗死模型

doi:10.1016/j.bbrc.2019.09.119

日前,一项刊登在国际杂志Biochemical and Biophysical Research Communications 上题为“Development of a model of ischemic heart disease using cardiomyocytes differentiated from human induced pluripotent stem cells”的研究报告中,来自日本冈山大学等机构的科学家们通过研究利用人类诱导多能干细胞所分化的心肌细胞开发出了一种新型的心肌梗死模型。

迄今为止,研究者会利用诸如小鼠等实验室动物来模拟多种人类疾病,包括心肌梗死等;然而,由于实验室动物和人类机体基因表达存在一定的差异,研究人员往往会对心肌细胞特性的差异表示非常关注,比如心率和药物的作用机制等。

【4】Nat Biotechnol:人类胚胎干细胞来源的心外膜细胞增强心肌细胞驱动的心脏再生

doi:10.1038/s41587-019-0197-9

心外膜及其衍生物为发育和成体心脏提供营养和结构支持。为此,来自华盛顿大学的Charles E. Murry和剑桥大学的Sanjay Sinha合作测试了人类胚胎干细胞(hESC)来源的心外膜在体外增强工程心脏组织的结构和功能的能力,并提高hESC-心肌细胞移植在心肌梗死大鼠心脏中的疗效,相关研究成果发表在Nature Biotechnology杂志上。

与间充质间质细胞相比,心外膜细胞显着增强了人工程心脏组织的收缩力、肌原纤维结构和钙处理能力,减少了被动刚度。移植的心外膜细胞在梗死的心脏中形成持久的成纤维细胞移植物。hESC来源的心外膜细胞和心肌细胞在体内的联合移植使移植物心肌细胞的增殖速度增加了一倍,使心脏移植物的尺寸增加了2.6倍,同时增强了移植物和宿主的血管化。

【5】Circulation:科学家有望利用干细胞衍生的心肌细胞来修复受损的心脏!

doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.119.040881

近日,一项刊登在国际杂志Circulation上的研究报告中,来自阿拉巴马大学伯明翰分校的科学家们通过研究开发了一种新方法,其或能利用干细胞衍生的心肌细胞来改善心脏病的修复;心脏病发作后会引发部分肌肉壁死亡,从而就会使心脏无法再生,死亡的组织会压迫周围的肌肉导致患者出现致命性的心脏扩张。

生物医学工程师认为,通过利用多能干细胞在体外培养心肌细胞,随后将这些心肌细胞或这些细胞制成的“贴片”置于死亡的心脏组织位点,就能够有效修复衰竭的心脏,基于这种方法的实验和临床试验证据也能够改善心脏左心室的泵送能力。然而,通过移植细胞来改善心脏的供血以及心脏的功能或许取决于这些细胞的质量,研究人员面临的一大挑战就是这些细胞的移植率较低。

图片来源:Cell, 2019, doi:10.1016/j.stem.2019.05.020

【6】Cell Stem Cell:构建单细胞图谱,将心脏瘢痕组织细胞重编程为健康的心肌细胞

doi:10.1016/j.stem.2019.05.020

每年有79万名美国人遭受心脏病发作,这会让受损的瘢痕组织存在于心脏中,并限制心脏的高效跳动能力。但是,如果科学家们能够将称为成纤维细胞的瘢痕组织细胞重编程为健康的心肌细胞会怎样呢?人们通过实验室实验和小鼠研究在这方面取得了很大进展,但人类心脏重编程仍然是一项巨大的挑战。如今,在一项新的研究中,来自美国北卡罗来纳大学教堂山分校和加州大学欧文分校的研究人员首次开发出一种稳定的可重复使用的将人成纤维细胞重编程为心肌细胞的简约平台。通过利用最新的单细胞技术和数学模拟,他们绘制出高分辨率的分子路线图,以便指导精确和有效的重编程,相关研究结果发表在Cell Stem Cell期刊上。

在过去十年里,Qian是心脏重编程研究的先驱。她的实验室开展的这项最新研究推动针对人类患者的心脏重新编程更接近现实,并且着眼于帮助数百万人从心脏病发作中康复过来。Qian说,“我们相信,我们将生物实验与单细胞基因组分析相结合的跨学科方法将启发未来理解人心肌细胞特性并将这些知识转化为再生疗法的关键步骤。”

【7】Nat Commun:抗炎药物双氯芬酸或有望增强心肌细胞的重编程 修复损伤心脏的功能

doi:10.1038/s41467-019-08626-y

一旦发生损伤,人类机体的心脏就很难自我修复,因此这就是治疗人类心力衰竭的首要任务,恢复心脏功能的一种方法就是重编程非心脏的体细胞,比如利用一组心脏转录因子将成纤维细胞重编程为心肌细胞;这或许就避免了使用干细胞作为中间体的需要,同时也避免了刺激现有心肌细胞的增殖,然而与胚胎的成纤维细胞相比,出生后和成体成纤维细胞的重编程效率往往较低,而且目前研究人员也并不清楚重编程机体老化细胞所带来的挑战。近日,一项刊登在国际杂志Nature Communications上的研究报告中,来自筑波大学的科学家们通过研究利用一种高通量的筛选方法发现,一种用来治疗炎症和风湿性疾病的药物—双氯芬酸或许能对出生后和成体成纤维细胞进行心脏重编程(并非胚胎细胞),相关研究有望帮助重新定义机体细胞衰老的独特障碍。

此前研究人员鉴别出的心脏重编程因子并不适合进行大规模筛选,研究者Taketaro Sadahiro说道,作为一种替代方法,我们开发出了一种先进的技术来对含有8400种化合物的化学文库进行筛选,第一轮筛选中研究者就鉴别出了37种潜在的化合物,第二轮筛选后研究者确定了4种化合物,其中最具潜力的化合物就是双氯芬酸,此前研究人员发现,双氯芬酸能通过抑制COX-2酶以剂量依赖性的方式来改善心脏的重编程,COX-2在出生后和成体的成纤维细胞中会高度表达,同时双氯芬酸还能抑制宿主一系列信号分子,包括多种炎性介导子。

【8】Stem Cells Dev:首次发现太空微重力有利于iPSC分化为心肌细胞

doi:10.1089/scd.2018.0240

研究人员使用实时成像技术发现在航行环境下生长的小鼠的诱导多功能干细胞(iPSCs)分化成为心肌细胞的速度比生长在地球重力环境条件下的相同细胞的速度更快。微重力条件下ipsCs分化形成心肌细胞的能力更强,可以维持10天,相关研究成果发表在Stem Cells and Development杂志上。

来自军事医学科学院的周瑾、王常勇和清华大学的那洁以及中国科学院上海技术物理研究所的研究人员一起合作完成了这项研究。他们利用了天舟一号航空飞船完成了这项实验,他们制作了一个生物反应器用于进行细胞培养和实时成像,他们对细胞进行了GFP标记,其荧光强度可以反应细胞的分化情况。

【9】Nat Biotechnol:注射人心肌细胞有助猴子心脏病发作后的受损心脏更好地泵血

doi:10.1038/nbt.4162

在一项新的研究中,来自美国华盛顿大学的研究人员报道将人心肌细胞注射到心脏病发作的猴子中有助让这些猴子的受损心脏更好地泵血。研究中所使用的人心肌细胞是由人胚胎干细胞经重编程后产生的。这一结果使得这种细胞疗法更接近于临床试验。相关研究结果发表在Nature Biotechnology期刊上。

研究者表示,我们在谈论世界上[人类]死亡的首要原因。目前我们所有的治疗方法都不能够解决根本问题,这就是不能够获得足够的心肌细胞。当心脏病发作得不到治疗时,血液就会被阻止流入心脏,这会导致心肌细胞死亡。当心脏无法将足够的血液泵入身体其他部位时,瘢痕和心力衰竭也可能会产生。在这项研究中,9只猴子心脏病发作后,它们的心脏泵血能力下降了30%以上。将源自人胚胎干细胞的7.5亿个心肌细胞注入到猴子的心脏中,这会导致新的心肌组织生长。4周后,大多数猴子的心脏表现出改善的泵血能力,要比它们心脏病刚发作后的泵血能力增加三分之一,而且两只猴子在12周后恢复了三分之二的泵血能力。

【10】Cell:突破!科学家鉴别出关键基因 有望促进心肌细胞再生形成心脏组织!

doi:10.1016/j.cell.2018.02.014

近日,一项刊登在国际杂志Cell上的研究报告中,来自格莱斯顿研究所(Gladstone Institutes)的科学家们通过研究鉴别出了能促进成体细胞分裂和增殖的关键基因;有些有机体具有显著再生组织的能力,如果鱼类和火蜥蜴遭受心脏损伤的话,其机体的细胞就会不断分裂,并且成功修复损伤的器官,试想一下如果我们也具有这种再生能力的话会是什么情况?

在胚胎中,人类的心脏细胞能够分类并增殖,从而促进心脏生长和发育;但问题就是,刚出生后,机体的心肌细胞就会失去分裂的能力,而这与机体其它组织中的很多细胞是一样的,包括大脑、脊髓和胰腺等。研究者Deepak Srivastava博士解释道,由于很多成年细胞无法分裂,因此机体也无法替代失去的细胞,从而就会诱发疾病,如果我们能够发现一种新方法来使得这些细胞再度分裂,那么我们或许就有望实现一系列组织的再生能力。(生物谷Bioon.com)

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