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新型雙幹細胞療法改善心臟再生

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/08/12
hiPSC-CM與hMSC-patch雙重治療方法的基礎機制示意圖。圖片來源:自然通訊期刊

作為由嚴重心血管疾病引起的醫療緊急情況,心肌梗塞(MI)可以對心臟造成永久性和危及生命的損害。由香港城市大學(CityU)的科學家組成的聯合研究小組,最近開發了一種多重方法,透過利用兩種類型的幹細胞同時恢復心臟的肌肉細胞和血管系統。該研究結果為開發一種修復心肌梗塞心臟的新療法提供了希望,作為重症患者現有複雜且危險的心臟移植替代方案。

研究結果以標題為「雙重幹細胞療法協同改善心肌梗塞後的心臟功能和血管再生」,發表在《自然通訊》期刊上。

心肌梗塞是由心肌冠狀動脈供血不足引起的致命疾病。導致心肌細胞(CM)的永久性損失和瘢痕組織形成,以致對心臟功能甚至心力衰竭的不可逆損傷。對於嚴重心肌梗死和晚期心力衰竭的治療選擇有限,心臟移植是最後的選擇,但它風險很大,成本高,並且受限於合適的捐贈者,因此,基於幹細胞的療法已成為一種有前途的治療選擇。

來自香港城市大學生物醫學科學系的幹細胞生物學家Ban Kiwon博士,一直致力於開發基於幹細胞的新型心臟再生治療方法。他解釋說:「心臟是由心肌和血管組成的器官,其中血管對於向肌肉供應氧氣和能量是必不可少的。由於心肌梗塞後心臟肌肉和脈管系統都會受到嚴重損傷,因此治療策略應側重於兩者的綜合修復。同時。但到目前為止,這些策略只關注其中一個。」

在這方面,Ban博士及其合作者,包括來自Konkuk大學、韓國天主教大學、浦項科技大學和韓國TR Biofab的研究人員,最近開發了一種多管齊下的方法。它旨在透過利用兩種主要類型的幹細胞,即人骨髓衍生的間充質幹細胞(hMSC),和源自人誘導的多能幹細胞(hiPSC-CM)的心肌細胞,同時使心肌和血管再生。

hMSC用於研究中,因為它們具有突出的旁分泌活性,分泌良好的蛋白質,促進血管再生和內皮細胞存活。並且hiPSC-CM被用於與人類原發性CM相似的心臟特異性基因、結構蛋白、離子通道的表達,更重要的是自發性收縮。


(用hiPSC-CM-GFP(綠色)和MYH6 / 7基因(紅色)代表性免疫染色圖像。該圖表明CM + PA組顯示出更大的棒狀結構,類似於成人樣的CMhMSC-PA改善了hiPSC-CM的成熟度。圖片來源:自然通訊期刊)

首次研究兩種不同的幹細胞對心臟修復的影響
雖然之前的幾項研究分別描述了hiPSC-CMhMSCs對心肌梗塞的有益作用,但這是第一項同時檢測這兩種不同幹細胞在心臟修復作用的研究。研究人員採用了雙重方法,其中hMSChiPSC-CM透過兩種不同的途徑遞送。將hiPSC-CM直接心肌內注射到大鼠心臟的邊緣區域,而將裝載hMSC的貼劑植入梗塞區域的頂部,如同繃帶一般。

結果顯示,這種雙重方法導致心肌梗塞心臟的功能顯著改善和血管形成的增強。植入裝載hMSC的貼劑,不僅提供如預期的增強血管再生的微環境,而且還改善了hiPSC-CM的保留,最終增強了心臟功能並恢復了受損的心肌。

此外,組織學分析結果表明,載有hMSC貼劑的植入,促進了注射的hiPSC-CM功能成熟。它們在細胞形狀上變得更加細長和長方形,看起來更有條理,這是成熟成體CM的典型形態特徵。心肌內注射的hiPSC-CM的功能成熟尤為重要。這是因為它可以降低心律失常的潛在風險,這意味著心臟不規則收縮,這是心臟性猝死的主要原因。


(當在MI心臟中不存在或存在hMSC-PA時注射具有hiPSC-CM-GFP(綠色)和MYH6 / 7基因(紅色)的代表性免疫染色圖像。綠色和紅色的較大區域顯示hiPSC-CM保持並保持活著。圖片來源:自然通訊期刊)

心臟再生及其他方面的應用潛力
Ban 說:「我們相信這種新穎的雙重方法,可能為心臟再生領域提供轉化和臨床益處。基於相同的原理,該方案也可用於修復其他器官,包括腦、肝和胰腺,其中多種類型的幹細胞共存。」

該團隊正在研究大型動物模型(如豬)的後續研究,並已提交專利申請。