每年有790,000名美國(guó)人心臟病發(fā)作，這會(huì)使心臟受損的疤痕組織受限，并限制其有效擊敗的能力。但是，如果科學(xué)家能夠?qū)⒎Q(chēng)為成纖維細(xì)胞的瘢痕組織細(xì)胞重新編程為稱(chēng)為心肌細(xì)胞的健康心肌細(xì)胞呢?研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和小鼠研究在這方面取得了很大進(jìn)展，但人類(lèi)心臟重編程仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在，位于北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的麥卡利斯特心臟研究所(MHI)的研究人員首次開(kāi)發(fā)出一種穩(wěn)定，可重復(fù)的簡(jiǎn)約平臺(tái)，可將人成纖維細(xì)胞重編程為心肌細(xì)胞。通過(guò)利用最新的單細(xì)胞技術(shù)和數(shù)學(xué)模擬，研究人員已經(jīng)制定了一個(gè)高分辨率的分子路線圖，以指導(dǎo)精確和有效的重編程。

這項(xiàng)研究發(fā)表在今天的細(xì)胞干細(xì)胞雜志上，由資深作者李謙博士，病理學(xué)和檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)副教授以及MHI副主任領(lǐng)導(dǎo)，MHI是過(guò)去十年心臟重編程的先驅(qū)。她的實(shí)驗(yàn)室的最新工作推動(dòng)人類(lèi)患者的心臟重編程更接近現(xiàn)實(shí)，著眼于幫助數(shù)百萬(wàn)人從心臟病發(fā)作的衰弱效應(yīng)中恢復(fù)過(guò)來(lái)。

我們相信，將生物實(shí)驗(yàn)與單細(xì)胞基因組分析相結(jié)合的跨學(xué)科方法將激發(fā)未來(lái)關(guān)鍵步驟，以了解人類(lèi)心肌細(xì)胞的本質(zhì)，并將這些知識(shí)轉(zhuǎn)化為再生療法。“

資深作者李謙，博士，病理學(xué)和檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)副教授，MHI副主任

錢(qián)和她的團(tuán)隊(duì)向人類(lèi)心臟成纖維細(xì)胞介紹了三種基因 -Mef2c，Gata4和Tbx5的混合物，并對(duì)其進(jìn)行了特定的優(yōu)化劑量。為了提高效率，他們進(jìn)行了一系列補(bǔ)充因子并鑒定了MIR-133，這是一種小RNA分子，當(dāng)加入三基因混合物時(shí) - 并進(jìn)一步進(jìn)行培養(yǎng)內(nèi)修飾 - 將人心臟成纖維細(xì)胞重編程為心肌細(xì)胞，效率更高40%至60%。

相關(guān)故事

新的電子紋身在監(jiān)測(cè)心臟健康方面勝過(guò)傳統(tǒng)方法

吸入模仿空氣污染的刺激物會(huì)改變高血壓的防御性心肺反射

科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了基于FACS的通用方法來(lái)進(jìn)行異源細(xì)胞分選，推動(dòng)了類(lèi)器官研究

接下來(lái)，該小組試圖回答如何將細(xì)胞轉(zhuǎn)化為心肌細(xì)胞的過(guò)程。為了回答這個(gè)問(wèn)題，他們研究了重編程過(guò)程中各個(gè)細(xì)胞的分子變化。他們的分析確定了重編程過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，當(dāng)細(xì)胞必須“決定”進(jìn)入心肌細(xì)胞或回歸到他們之前的成纖維細(xì)胞命運(yùn)之間。一旦該過(guò)程開(kāi)始，一套信號(hào)分子和蛋白質(zhì)將細(xì)胞發(fā)射到不同的分子途徑上，這決定了它們的細(xì)胞類(lèi)型發(fā)育。

研究人員還創(chuàng)建了一個(gè)獨(dú)特的細(xì)胞命運(yùn)指數(shù)來(lái)定量評(píng)估重編程的進(jìn)展。使用該指數(shù)，他們確定人類(lèi)心臟重編程的進(jìn)展速度比先前描述的小鼠重編程慢得多，揭示了物種和重編程條件之間的關(guān)鍵差異。

“你可以把這個(gè)細(xì)胞重編程過(guò)程想象成谷歌上的地圖路線，”錢(qián)說(shuō)。“起始的疤痕形成成纖維細(xì)胞就像尋找合適的GPS指令讓它們回家的汽車(chē) - 心肌細(xì)胞的命運(yùn)。我們的工作確定了路障，錯(cuò)誤的出口斜坡和加油站 - 遺傳促進(jìn)者 - 讓成纖維細(xì)胞到達(dá)目的地我們想要的。我們新開(kāi)發(fā)的細(xì)胞命運(yùn)指數(shù)就像儀表板上的儀表一樣，可以預(yù)測(cè)房屋的距離。“

這項(xiàng)工作闡明了以前未被識(shí)別的人類(lèi)心臟重編程特征，并提供了新的研究工具，以更好地了解細(xì)胞命運(yùn)過(guò)渡和人體內(nèi)重編程的過(guò)程。

“我們的單細(xì)胞管道和新算法當(dāng)然可以用于研究其他生物過(guò)程，包括細(xì)胞的分化，去分化或藥物反應(yīng)。”錢(qián)補(bǔ)充道。“這種研究方法并不局限于心臟，但心臟病仍然是世界頭號(hào)殺手，也是我們實(shí)驗(yàn)室的主要焦點(diǎn)。”