华人学者发明新的心脏病干细胞疗法

在临床上被称为急性心肌梗死（MI）的心脏病发作时，心肌细胞受到严重损伤，最终死亡。根据美国心脏协会介绍，心肌梗死是全球死亡的主要原因。部分原因是由于，人类心脏修复或再生其细胞（被称为心肌细胞）的能力有限。在过去的十年中，干细胞治疗已被探索作为一种方法来再生心肌细胞，但效果喜忧掺半。

近期，来自俄亥俄州立大学的研究人员，在生物医学工程教授何晓明（Xiaoming He）的带领下，发明了一种新的干细胞治疗方法，表现出极大的潜力，他们的灵感来自于大自然。这项研究成果发表在《Nature Communications》杂志，与传统方法相比，他们的这种方法显著提高了植入干细胞的生存率。

研究人员准备多能性干细胞植入心脏，类似于女性身体在生殖过程中准备胚胎细胞植入子宫壁，即预分化和两个阶段的包裹（encapsulation）。多能性干细胞几乎可以生成身体修复本身所需的任何细胞或组织。

自然生殖步骤包括，组织细胞的增殖，以形成一个聚合体或桑椹胚，包裹在一个薄的保护凝胶壳内。同样的，研究人员将小鼠胚胎干细胞包裹在一个小核内，封装在一个半透明的凝胶壳内，在那里它们进行增殖。这个胚胎状结构非常有助于保持所谓的多能性状态，或细胞自我更新而没有自发分化的能力。在女性生殖系统的下一步是预分化，或将桑椹胚编程成更特定的细胞类型。对于心肌梗死的治疗研究而言，研究人员将聚集的干细胞预分化为一种早期的心脏阶段。

根据何教授介绍，细胞到早期心脏阶段的预分化是至关重要的，因为它似乎能把当前再生医学方法中的一个常见问题最小化，即，畸胎瘤的形成，这可能发展为恶性或良性肿瘤。

他说：“细胞定向成为心肌细胞，但还没有完全存在。”精确的时间是由细胞的生物标志物所决定的。微阵列芯片和流式细胞仪的数据分析表明，聚集的细胞可在预分化之后成功地定向成为早期心脏细胞系。

在大自然中，已分化的桑椹胚（或囊胚）中的人类胚胎干细胞，可短暂地从凝胶状的壳中孵出来，然后在植入子宫壁前被再次封装在一个新的壳中（称为滋养层）。研究人员通过释放这些聚集的早期心肌细胞，并在植入受损小鼠心脏之前将它们再封装进一个生物相容性和可生物降解的支架，模仿了这些步骤。

何教授解释道：“这种微矩阵重新封装程序，与传统的支架设计是相反的，后者首先制备一个支架，然后是与细胞一起播种。”

重新封装，对于从宿主免疫系统上暂时分离出植入的细胞，也是至关重要的，这样细胞就能够适应宿主微环境，而不会引起明显的免疫反应。这确保了细胞的高存活率。在重新封装到暂时的微矩阵中之后，他和他的同事们将细胞聚集体注入小鼠体内，这些小鼠有着与心脏病一致的损伤。

植入的细胞，一旦受到人体心脏诱导性的化学、机械和电气线索的指导，就表现出极好的心肌组织再生能力。注射封装的多能性干细胞，显著减少了纤维化，恢复了心肌梗死小鼠的心脏功能，并且改善了动物的存活率。

何教授说：“我们的仿生方法是基于模仿自然现象，并在制备多功能干细胞治疗心肌梗死和其他潜在的缺血性疾病方面，具有多重优势。”

他说，下一步是对人体心脏再生进行研究，在这一阶段，研究人员将开始使用来自人类皮肤、脂肪或其他组织的诱导性多能干细胞。

该项目的合作者包括生物医学工程教授Mingjun Zhang、Wexner医学中心病理学家和医学副教授Rulong Shen、Wexner医疗中心医师和医学院教授Zhenguo Liu、医学院副教授Noah Weisleder，以及Davis心肺研究所的研究生和博士后研究员。

何教授表示：“这项研究是工程学、细胞生物学、生理学、病理学和临床医学专业知识的绝佳组合的结果。而在俄亥俄州立大学，所有这些专家都离的非常近。”