在实验室培养更复杂和成熟的心脏组织

诸平

据美国麻省综合医院（Massachusetts General Hospital简称MGH）网站2021年8月18日报道，新研究可能帮助科学家在实验室中培育出更复杂和成熟的心脏组织（New research may help scientists grow more complex and mature heart tissue in the lab），相关研究结果于2021年8月17日已经在《自然通讯》（Nature Communications）杂志网站发表——Jun Jie Tan, Jacques P. Guyette, Kenji Miki, Ling Xiao, Gurbani Kaur, Tong Wu, Liye Zhu, Katrina J. Hansen, King-Hwa Ling, David J. Milan, Harald C. Ott. Human iPS-derived pre-epicardial cells direct cardiomyocyte aggregation expansion and organization in vitro. Nature Communications, Published: 17 August 2021, volume 12, Article number: 4997. DOI: 10.1038/s41467-021-24921-z

新闻报道称，研究人员已经产生了支持早期心脏发育的早产细胞——称为心外膜周围细胞（peri-epicardial cells）。这一进展可能有助于科学家们概括心脏发育，从而为心力衰竭开发新的疗法。马萨诸塞州总医院外科医学博士哈拉尔德·奥特（Harald Ott）说：“我们的研究引入了一种细胞类型，它比我们迄今为止能够产生的细胞类型更接近于人类心脏发育的后期阶段。”

由马萨诸塞州综合医院 (MGH) 的研究人员领导的一个团队已经产生了支持早期心脏发育但在出生后很快消失的早产细胞。研究人员希望，《自然通讯》中描述的这一进展将有助于使他们更接近实现他们的目标，即使用患者的细胞产生可移植的功能性心脏组织，类似于供体器官，用于治疗心力衰竭。

这些细胞称为心外膜前细胞（pre-epicardial cells），形成了覆盖心脏外表面的心外膜。这种膜会在出生前产生支持心脏发育所需的各种细胞。MGH的胸外科医生、哈佛医学院的外科副教授哈拉尔德·奥特和他的同事开发了一种方法，可以从人类诱导的多能干细胞中产生心外膜前细胞，这些干细胞是来自重新编程成熟的胚胎样细胞，例如患者的皮肤细胞。

当与心肌细胞接触时，前外膜细胞进一步发育成为心外膜细胞，并承担起支持胚胎心脏形成的重要作用——例如，通过促进附近心肌细胞的成熟。

哈拉尔德·奥特指出，科学家能够追溯心脏发育的早期阶段，并从一次抽血中生成数百万个心肌细胞，但形成心脏结构非常复杂。他解释道：“由于涉及多种细胞类型以及发育中心脏三维环境的复杂性，很难追溯组织发育的后期阶段。我们的研究引入了一种细胞类型，它比我们迄今为止能够产生的细胞类型更接近人类心脏发育的后期阶段。”

产生在形成心脏结构中起关键作用的细胞对于心脏病的再生医学策略是必要的。哈拉尔德·奥特说：“虽然完成心脏发育之谜还需要更多的步骤，但这项工作增加了一个重要的部分，有望帮助我们和其他人重述心脏发育以产生新的心力衰竭疗法。” 他设想这种基于细胞或组织的疗法将提供“按需”治疗，以恢复或替代患有慢性器官衰竭（如心力衰竭、终末期肺病和肾脏疾病）的患者失去的器官功能。上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Epicardial formation is necessary for normal myocardial morphogenesis. Here, we show that differentiating hiPSC-derived lateral plate mesoderm with BMP4, RA and VEGF (BVR) can generate a premature form of epicardial cells (termed pre-epicardial cells, PECs) expressing WT1, TBX18, SEMA3D, and SCX within 7 days. BVR stimulation after Wnt inhibition of LPM demonstrates co-differentiation and spatial organization of PECs and cardiomyocytes (CMs) in a single 2D culture. Co-culture consolidates CMs into dense aggregates, which then form a connected beating syncytium with enhanced contractility and calcium handling; while PECs become more mature with significant upregulation of UPK1B, ITGA4, and ALDH1A2 expressions. Our study also demonstrates that PECs secrete IGF2 and stimulate CM proliferation in co-culture. Three-dimensional PEC-CM spheroid co-cultures form outer smooth muscle cell layers on cardiac micro-tissues with organized internal luminal structures. These characteristics suggest PECs could play a key role in enhancing tissue organization within engineered cardiac constructs in vitro.