Nat Bio Eng：突破！科學家利用幹細胞成功再生出心臟外層結構

圖片來源：medicalxpress.com

2017年1月12日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，刊登在國際雜誌Nature Biomedical Engineering上的一項研究報告中，來自美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員通過研究利用幹細胞成功再生出了人類心臟的心外膜細胞；研究者表示，早在2012年，我們就發現如果能夠利用化學物質處理人類幹細胞，使其連續激活幹細胞並且抑制Wnt信號通路，就會促進幹細胞轉變成為心肌細胞，心肌作為心臟三層結構中的中間一層結構，其非常厚實，能夠通過收縮向機體各部供血。

Wnt信號通路是由蛋白質組成的一種特殊的信號轉導途徑，其能夠利用細胞表面受體將信號傳入細胞內部。Xiaojun Lance Lian教授表示，我們需要為心臟祖細胞（cardiac progenitor cells）提供額外的信息使其轉化成為心外膜細胞，但在這項研究之前，我們並不清楚這種特殊的信息是什麼，如今通過研究發現，如果能夠再次激活細胞中的Wnt信號通路，我們就能夠重新驅動心臟祖細胞轉變成為心外膜細胞，而不是心肌細胞。

這項研究或許能夠幫助研究人員對機體整個心臟壁進行再生，通過形態學的評估和功能性的分析，研究者發現，製造出的心外膜細胞同人類機體中和實驗室生長的心外膜細胞非常相似。那麼最為關鍵的一點就是如何將心臟祖細胞轉變成為心臟的心內膜細胞（心臟內層細胞），目前研究人員正在努力對該問題進行攻克。

研究者製造心外膜細胞的方法或許能夠被用於多種臨床應用中來治療患心臟病的患者，據美國CDC數據顯示，在美國每隔43秒就會有人心臟病發作。心臟病的發作取決於血管的堵塞，這種堵塞能夠阻斷營養物質和氧氣到達心肌，最終引發心肌細胞死亡，而且這些心肌細胞並不能夠再生，這樣一來就會對心臟造成永久性的損傷，並引發其它一系列問題，而本文中研究人員所開發的心外膜細胞或許就能移植到心臟發作患者機體中來修復其心臟的損傷。

本文研究中，研究者通過對人類幹細胞進行工程化操作使其成為報道細胞，這就意味著僅當這些細胞表達熒光蛋白時才會轉變成為心外膜細胞；研究人員利用不同的細胞信號分子來處理細胞，結果發現，當利用Wnt信號激活子處理細胞時，這些細胞就會發熒光。除了能夠產生心外膜細胞外，當研究人員利用轉化生長因子β抑制劑處理細胞時，就能夠保持這些細胞在實驗室中進行增殖。

研究者Lian說道，50天後，這些細胞並不會表現出任何增殖速率下降的跡象，然而當缺失轉化生長因子β抑制劑時，對照細胞的增殖就會在第十天後開始趨於平穩狀態。後期研究者還將繼續對如何再生心內膜細胞進行深入研究；目前研究者正在對心臟內層組織進行研究，這或許能夠幫助構建出整個心臟內層結構，或將被用於組織工程化的心臟療法中。（生物谷Bioon.com）

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A process using human stem cells can generate the cells that cover the external surface of a human heart—epicardium cells—according to a multidisciplinary team of researchers.

"In 2012， we discovered that if we treated human stem cells with chemicals that sequentially activate and inhibit Wnt signaling pathway， they become myocardium muscle cells，" said Xiaojun Lance Lian， assistant professor of biomedical engineering and biology， who is leading the study at Penn State. Myocardium， the middle of the heart s three layers， is the thick， muscular part that contracts to drive blood through the body.

The Wnt signaling pathway is a group of signal transduction pathways made of proteins that pass signals into a cell using cell-surface receptors.

"We needed to provide the cardiac progenitor cells with additional information in order for them to generate into epicardium cells， but prior to this study， we didn t know what that information was，" said Lian. "Now， we know that if we activate the cells Wnt signaling pathway again， we can re-drive these cardiac progenitor cells to become epicardium cells， instead of myocardium cells."

The group s results， published in Nature Biomedical Engineering， bring them one step closer to regenerating an entire heart wall. Through morphological assessment and functional assay， the researchers found that the generated epicardium cells were similar to epicardium cells in living humans and those grown in the laboratory.