作为由严重心血管疾病引起的医疗紧急情况,心肌梗死(MI)可对心脏造成永久性和危及生命的损害。由香港城市大学(城大)的科学家组成的联合研究小组最近开发了一种多管齐下的方法,利用两种类型的干细胞,同时恢复心脏肌肉细胞和血管系统的活力。这一发现为开发一种修复心肌梗死心脏的新疗法带来了希望,作为现有复杂而危险的重症患者心脏移植的替代方案。
心肌梗塞是由冠状动脉心肌供血不足引起的一种致命疾病。它导致心肌细胞(cardiomyocytes, CMs)的永久性损失,瘢痕组织的形成,导致心功能的不可逆损伤甚至心力衰竭。由于严重心肌梗塞和晚期心力衰竭的治疗选择有限,心脏移植是最后的手段。但这种方法风险很大,成本高昂,而且合适的捐赠者数量有限。因此,基于干细胞的治疗已经成为一种有前途的治疗选择。
香港城市大学生物医学科学系的干细胞生物学家Ban Kiwon博士一直致力于开发基于干细胞的心脏再生新疗法。心脏是由心肌和血管组成的器官,其中血管为肌肉提供氧气和能量。心肌梗死后心肌和血管均受到严重损伤,治疗策略应注重两者的综合修复。但到目前为止,这些战略只关注其中之一。”
在这方面,潘博士和他的合作者,包括来自建国大学、韩国天主教大学、浦项科技大学和韩国T&R Biofab的研究人员,最近开发了一种多管齐下的方法。它旨在利用两种主要类型的干细胞,即人骨髓间充质干细胞(hMSCs)和人诱导多能干细胞(hiPSC-CMs)衍生的心肌细胞,同时恢复心肌和血管系统的活力。
采用hMSCs进行研究,是因为其具有突出的旁分泌活性,可分泌有益蛋白,促进血管再生和内皮细胞存活。hiPSC-CMs与人原代CMs在心脏特异性基因表达、结构蛋白表达、离子通道表达、自发收缩等方面具有相似性。
首次研究两种不同的干细胞对心脏修复的影响
虽然之前的一些研究分别描述了hiPSC-CMs或hMSCs对心肌梗死的有益作用,但这是首次同时研究这两种不同干细胞在心脏修复中的作用。研究人员采用了一种双重方法,其中hMSCs和hiPSC-CMs通过两种不同的途径传递。将hiPSC-CMs直接注射到大鼠心脏边缘区,而将装载hmscs的贴片像绷带一样植入梗死区顶部。
结果表明,这种双重方法导致心肌梗死心脏功能的显著改善和血管形成的增强。植入的hmsc贴片不仅提供了微环境,如预期的那样促进了血管再生,而且提高了hiPSC-CMs的保留,最终增强了心脏功能,修复了受损的心肌。
组织学分析结果表明,hmsc贴片的植入促进了注射hiPSC-CMs的功能成熟。它们在细胞形状上变得更加细长和矩形,看起来更加有序,这是成熟的成年CMs的典型形态特征。心肌内注射hiPSC-CMs的功能成熟尤为重要。这是因为它可以降低心律失常的潜在风险,心律失常意味着不规则的心脏收缩,这是心源性猝死的主要原因。
在心脏再生及其他领域的应用潜力
潘博士说:“我们相信这种新的双重方法可能为心脏再生领域提供转化和临床益处。”“基于同样的原理,该方案也可以用于多种干细胞共存的大脑、肝脏、胰腺等其他器官的修复。”研究小组正在进行猪等大型动物模型的后续研究。专利申请已经提交。
研究结果发表在科学杂志上自然通讯,题为“双重干细胞治疗协同改善心肌梗死后的心脏功能和血管再生。”潘基文博士与建国大学医学院的文成焕博士和韩国天主教大学的朴宪俊教授是该论文的通讯作者。第一作者是建国大学医学院的朴顺正(音)、城市大学的李成俊(音)博士和金丽云(音)、天主教大学的朴凤宇(音)。
这项研究由城市大学研究计划、香港研究资助局、韩国国家研究基金资助、韩国科学及资讯科技部资助的生物及医疗科技发展计划及韩国贸易、工业及能源部资助的科技创新计划资助。
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提供的材料香港城市大学.注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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