干细胞来源的外泌体促进心肌“补丁”修复损伤的心脏

由干细胞制成的人体心肌“补丁”有助于修复心脏病引起心脏功能缺损，这一结论已在猪心肌梗死模型中被证实。来自伯明翰阿拉巴马大学的一个研究团队在近日的的Circulation 杂志中描述了该实验的发现。

由阿拉巴马大学生物医学工程系主任Jianyi Jay Zhang主导的研究团队正在寻求更好的心脏病治疗方法，旨在靶向心肌组织不会自行再生的心肌组织损伤进行治疗。该病发作的原因是供应给的心脏肌肉的冠状动脉氧气和营养物质减少或切断，比如在动脉周围形成斑块积聚而引起的心脏病发作。当缺乏氧气和营养时，心肌会受到损伤或死亡，从而导致生命危险。美国心脏协会表示，在美国每40秒就会有一次心脏病发作。

图：论文的通讯作者Jianyi Jay Zhang

该论文的作者说，早些时候试图利用干细胞培养心脏肌肉组织，或者注射到患病区域，或者在薄膜上生长，但是迄今为止，受损肌肉存活或移植的比率非常低。所以，该研究团队开始着手建立一个三维的“补丁”，为再生新的心脏肌肉所需的细胞类型提供了三维生长环境。这些细胞包括心肌样细胞或心肌细胞、能够生成血管的内皮细胞和平滑肌细胞。所有的细胞均来源于人类诱导的多能干细胞，即所谓的成体干细胞，来源取自皮肤和其他组织。

将干细胞接种在由纤维蛋白制成的基质上，这种纤维蛋白是帮助血液凝结并形成血块以止血的纤维蛋白。为了帮助干细胞转化为心肌细胞和组织，基质在生长培养过程中连续摇动一周。研究人员认为这种细胞摇摆运动能够更好的分化成为心脏“补丁”，比以前的尝试的其他方法更好，在生理上和收缩上更像真实的心脏组织。补丁尺寸为40 x 20毫米，厚度为1.25毫米，大约与一美分硬币厚度相同。

研究人员在13只心脏病模型的猪中植入了2个干细胞衍生的心肌“补丁”。猪的器官大小和功能与人类相似。作为对照组，其他具有相似心脏损伤的猪被植入没有干细胞的纤维蛋白基质，进行无意义的手术处理或未经任何处理。研究小组通过核磁共振扫描测量心脏功能，并追踪移植到受损区域的心率、心脏节律和心肌蛋白的表达，发现外泌体可以从“补丁”中释放出来。

外泌体是细胞分泌的微小脂质包被的膜结构，收集并分泌细胞物质。虽然外泌体最初被认为是进行废物清除和其他维护工作，但近年来研究显示外泌体还会执行其他有用的递送功能，比如携带蛋白质和遗传物质到其他细胞中。

结果显示大约11％的“补丁”在约一个月后会完全附着于心脏损伤处，附着率很高。具有完整“补丁”的猪心脏表现出中左心室更强的功能，将血液泵送通过主动脉——机体的主要动脉。与未经处理的猪或未装“补丁”的猪相比，具有完整“补丁”的猪还表现出更少的心肌损伤、对心脏壁的压力、心脏扩大和细胞死亡。此外，心脏蛋白质的分析表明，由“补丁”释放的外泌体能够保护心肌细胞变成能够收缩的肌肉组织。

心肌“补丁”并不是治疗心肌梗死的唯一技术。正如Science & Enterprise 在过去几个月里所报道的，RNA注射剂、新药物化合物、注射贴剂和合成组织正在开发和研究当中。

参考文献：Gao L, Gregorich ZR, Zhu W, Mattapally S, Oduk Y, Lou X, Kannappan R, Borovjagin AV, Walcott GP, Pollard AE, Fast VG, Hu X, Lloyd SG, Ge Y, Zhang J. (2017) Large Cardiac-Muscle Patches Engineered from Human Induced-Pluripotent Stem-Cell-Derived Cardiac Cells Improve Recovery from Myocardial Infarction in Swine. Circulation [Epub ahead of print].

新闻来源： http://www.uab.edu/news/research/item/8797-saving-hearts-after-a-heart-attack-overexpression-of-a-cell-cycle-activator-gene-enhances-repair-of-dead-heart-muscle