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華人學(xué)者發(fā)明新的心臟病干細(xì)胞療法

日期:2016-10-31 09:49:37

 在臨床上被稱為急性心肌梗死(MI)的心臟病發(fā)作時(shí),心肌細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p傷,最終死亡。根據(jù)美國心臟協(xié)會(huì)介紹,心肌梗死是全球死亡的主要原因。部分原因是由于,人類心臟修復(fù)或再生其細(xì)胞(被稱為心肌細(xì)胞)的能力有限。在過去的十年中,干細(xì)胞治療已被探索作為一種方法來再生心肌細(xì)胞,但效果喜憂摻半。

 

近期,來自俄亥俄州立大學(xué)的研究人員,在生物醫(yī)學(xué)工程教授何曉明(Xiaoming He)的帶領(lǐng)下,發(fā)明了一種新的干細(xì)胞治療方法,表現(xiàn)出極大的潛力,他們的靈感來自于大自然。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志,與傳統(tǒng)方法相比,他們的這種方法顯著提高了植入干細(xì)胞的生存率。

 

研究人員準(zhǔn)備多能性干細(xì)胞植入心臟,類似于女性身體在生殖過程中準(zhǔn)備胚胎細(xì)胞植入子宮壁,即預(yù)分化和兩個(gè)階段的包裹(encapsulation)。多能性干細(xì)胞幾乎可以生成身體修復(fù)本身所需的任何細(xì)胞或組織。

 

自然生殖步驟包括,組織細(xì)胞的增殖,以形成一個(gè)聚合體或桑椹胚,包裹在一個(gè)薄的保護(hù)凝膠殼內(nèi)。同樣的,研究人員將小鼠胚胎干細(xì)胞包裹在一個(gè)小核內(nèi),封裝在一個(gè)半透明的凝膠殼內(nèi),在那里它們進(jìn)行增殖。這個(gè)胚胎狀結(jié)構(gòu)非常有助于保持所謂的多能性狀態(tài),或細(xì)胞自我更新而沒有自發(fā)分化的能力。在女性生殖系統(tǒng)的下一步是預(yù)分化,或?qū)⑸i┡呔幊坛筛囟ǖ募?xì)胞類型。對于心肌梗死的治療研究而言,研究人員將聚集的干細(xì)胞預(yù)分化為一種早期的心臟階段。

 

根據(jù)何教授介紹,細(xì)胞到早期心臟階段的預(yù)分化是至關(guān)重要的,因?yàn)樗坪跄馨旬?dāng)前再生醫(yī)學(xué)方法中的一個(gè)常見問題最小化,即,畸胎瘤的形成,這可能發(fā)展為惡性或良性腫瘤。

 

他說:“細(xì)胞定向成為心肌細(xì)胞,但還沒有完全存在。”精確的時(shí)間是由細(xì)胞的生物標(biāo)志物所決定的。微陣列芯片和流式細(xì)胞儀的數(shù)據(jù)分析表明,聚集的細(xì)胞可在預(yù)分化之后成功地定向成為早期心臟細(xì)胞系。

 

在大自然中,已分化的桑椹胚(或囊胚)中的人類胚胎干細(xì)胞,可短暫地從凝膠狀的殼中孵出來,然后在植入子宮壁前被再次封裝在一個(gè)新的殼中(稱為滋養(yǎng)層)。研究人員通過釋放這些聚集的早期心肌細(xì)胞,并在植入受損小鼠心臟之前將它們再封裝進(jìn)一個(gè)生物相容性和可生物降解的支架,模仿了這些步驟。

何教授解釋道:“這種微矩陣重新封裝程序,與傳統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)是相反的,后者首先制備一個(gè)支架,然后是與細(xì)胞一起播種。”

 

重新封裝,對于從宿主免疫系統(tǒng)上暫時(shí)分離出植入的細(xì)胞,也是至關(guān)重要的,這樣細(xì)胞就能夠適應(yīng)宿主微環(huán)境,而不會(huì)引起明顯的免疫反應(yīng)。這確保了細(xì)胞的高存活率。在重新封裝到暫時(shí)的微矩陣中之后,他和他的同事們將細(xì)胞聚集體注入小鼠體內(nèi),這些小鼠有著與心臟病一致的損傷。

 

植入的細(xì)胞,一旦受到人體心臟誘導(dǎo)性的化學(xué)、機(jī)械和電氣線索的指導(dǎo),就表現(xiàn)出極好的心肌組織再生能力。注射封裝的多能性干細(xì)胞,顯著減少了纖維化,恢復(fù)了心肌梗死小鼠的心臟功能,并且改善了動(dòng)物的存活率。

 

何教授說:“我們的仿生方法是基于模仿自然現(xiàn)象,并在制備多功能干細(xì)胞治療心肌梗死和其他潛在的缺血性疾病方面,具有多重優(yōu)勢。”

 

他說,下一步是對人體心臟再生進(jìn)行研究,在這一階段,研究人員將開始使用來自人類皮膚、脂肪或其他組織的誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞。

 

該項(xiàng)目的合作者包括生物醫(yī)學(xué)工程教授Mingjun ZhangWexner醫(yī)學(xué)中心病理學(xué)家和醫(yī)學(xué)副教授Rulong ShenWexner醫(yī)療中心醫(yī)師和醫(yī)學(xué)院教授Zhenguo Liu、醫(yī)學(xué)院副教授Noah Weisleder,以及Davis心肺研究所的研究生和博士后研究員。

 

何教授表示:“這項(xiàng)研究是工程學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)知識(shí)的絕佳組合的結(jié)果。而在俄亥俄州立大學(xué),所有這些專家都離的非常近。”

 


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