《多能干细胞鉴定无创性的特定心室心肌细胞》

  • 来源专题:再生医学与健康研发动态监测
  • 编译者: liuq
  • 发布时间:2016-03-22
  • 摘要
           干细胞衍生的心肌细胞应用于疾病模型和临床治疗的一个主要障碍是,在没有遗传操作和利用外源性标记时,不能确定这些细胞的发育阶段。在这项研究中,我们证明了拉曼显微光谱分析技术可以无创性识别胚胎干细胞(embryonic stem cell ,ESC)派生特定的心室心肌细胞(cardiomyocytes ,CMs)并监测细胞成熟。使用这种无标记方法,拉曼光谱的波峰被标记为心房和心室的心肌细胞,胚胎干细胞成功地从心脏衍生品中被区分出来,由胚胎干细胞派生的心机细胞的表型频谱被清晰地确定,胎儿和成人的心肌细胞之间独特的光谱差异被检测出。利用拉曼显微光谱技术实时识别心肌细胞、它们的祖细胞和亚种群的特征,发现这些与细胞的表型特征密切相关。 由于该技术的分子分辨率高,它可以区分不同的心血管细胞群的表征。

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  • 《KCNJ2的过表达增强了人诱导的多能干细胞来源心肌细胞的成熟》

    • 来源专题:重大疾病防治
    • 编译者:张玢
    • 发布时间:2023-04-27
    • 尽管人诱导的多能干细胞衍生心肌细胞(iPSC-CMs)是心血管研究的有前途的细胞资源,但这些细胞表现出未成熟的表型,阻碍了它们的潜在应用。由KCNJ2基因编码的向内整流钾通道Kir2.1被认为是促进iPSC-CMs电成熟的重要靶标。然而,仍然缺乏对过表达KCNJ2(KCNJ2 OE)的iPSC-CMs形态和功能变化的全面表征。使用2D体外单层分化方案生成iPSC-CMs。通过慢病毒转导在iPSC-CMs中创建并过表达具有绿色荧光蛋白(GFP)标签的人KCNJ2构建体。将iPSC-CMs和间充质细胞的混合物与去细胞化的天然心脏基质共培养,以生成3D人工程心脏组织(EHT)。我们发现,iPSC-CMs中KCNJ2的mRNA表达水平显着低于人类左心室组织。KCNJ2 OE iPSC-CMs显著提高了Kir2.1的蛋白表达和Kir2.1编码的IK1的电流密度。较大的IK1与静止表型相关,该表型需要起搏以引发KCNJ2 OE iPSC-CMs中的动作电位,这可以通过IK1阻断剂BaCl2逆转。KCNJ2 OE还导致显著超极化最大舒张压电位(MDP),动作电位持续时间(APD)缩短和最大上冲程速度增加。KCNJ2 OE iPSC-CMs的电生理成熟增强伴随着Ca2信号传导、线粒体能量代谢和转录组谱的改善。值得注意的是,KCNJ2 OE iPSC-CMs表现出更大的细胞大小和更细长和拉伸的形状,表明形态学表型趋于结构成熟。使用hERG阻断剂E-4031进行的药物测试表明,KCNJ2 OE iPSC-CMs中更稳定的MDP允许以浓度依赖性方式获得APD延长的显着药物反应。此外,KCNJ2 OE iPSC-CMs形成了更成熟的人EHT,具有更好的组织结构和细胞连接。KCNJ2的过表达可以有力地促进iPSC-CMs在电生理学、Ca2信号传导、代谢、转录组学谱、心肌细胞结构和组织工程方面的成熟,从而为阐明心血管疾病的细胞和分子机制、筛选药物诱导的心脏毒性以及开发个性化和精准的心血管药物提供更准确的细胞模型。
  • 《PNAS:患病心脏中的心肌细胞端粒较短》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2018-08-31
    • 根据斯坦福大学医学院研究人员的一项新研究,一类患有叫做“心肌病”的心脏病患者心肌细胞中的端粒异常短。端粒是一种DNA序列,可作为染色体末端的保护帽。 这一发现与之前的一项研究相吻合,该研究表明患有杜氏肌营养不良症(一种遗传性肌肉萎缩疾病)的人在其心肌细胞端粒较短,这些患者通常因心力衰竭而过早地死亡。 虽然目前还不知道发育不良的端粒是直接影响心肌细胞的功能,还是由于心力衰竭而产生间接效应,但这一研究结果为一系列有趣的研究和药物发现打开了大门。也可能有一天,研究人员和临床医生可以识别因心肌病而有心力衰竭风险的人。 “心肌细胞中端粒的缩短似乎是由于遗传缺陷引起的心脏衰竭的可靠标志,”斯坦福大学心血管研究所成员,微生物学和免疫学教授Helen Blau博士说道。 相关结果于8月27日在线发表在《PNAS》杂志上。该文章的是第一作者是心血管医学,微生物学和免疫学的讲师Alex Chang博士。 细胞分裂导致端粒缩短 在大多数细胞中,端粒在每次细胞分裂时自然会缩短。但是,心肌细胞很少分裂,因此它们的端粒长度在一生中保持相对稳定。 在人类中,由肌营养不良蛋白相关基因突变引起的杜氏肌营养不良症的特征在于进行性肌肉无力和心脏并发症,最终导致死亡。在早期的工作中,作者等人观察到,尽管肌营养不良蛋白中具有相应突变的小鼠表现出肌肉萎缩症状,但他们的心脏功能正常。研究人员意识到,人类与小鼠之间的关键区别在于每个物种的端粒长度:人类端粒相对较短,为5000-15000碱基,但小鼠的端粒接近40000碱基。当研究人员在小鼠中引入第二个突变,使端粒长度更接近人类时,动物开始显示疾病的典型症状,包括心力衰竭。 随后的一项研究发现,在小鼠中,端粒缩短引发了DNA损伤反应,损害了线粒体的功能。结果,心肌细胞不能有效地将血液泵送到全身。 “因为我们在之前的研究中发现,死于杜氏肌营养不良症的男孩的心肌细胞的端粒比没有这种疾病的人的端粒缩短了约50%,”作者说到:“我们想知道是否患有其他遗传性心脏病的人,如心肌病等在内,也可能出现心肌细胞端粒异常缩短的症状。“ 在这项研究中,Chang比较了11例由于基因突变引起的扩张型或肥厚型心肌病患者的心肌细胞端粒长度,其中9例死于与心脏病无关的原因。他发现来自心肌病患者的端粒比对照组的端粒短约25-40%。Chang在诱导多能干细胞产生的心肌细胞中观察到类似的结果:心肌病患者的端粒显着短于未受影响的亲属的端粒。 研究人员认为,使用iPS技术制备心肌细胞受影响的模型,意味着应该可以快速,轻松地检测干扰端粒缩短的化合物或药物,以期找到消除人类疾病的药物。