在微沟槽基底上长期培养心肌细胞

佛罗伦萨大学(University of Florence)等团队在 International Journal of Molecular Sciences 报道人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌细胞的成熟比较。细胞培养在微沟槽水凝胶表面,取第 60、75 和 90 天进行功能测试。

团队分别用膜电位和钙荧光染料,并通过分光装置在同一台相机上同步记录。测量期间保持 37 ± 1 °C,再比较不同刺激频率下的动作电位和钙波形。

成人参照来自心脏手术组织,采用膜片钳与钙荧光联合记录。研究总体纳入 10 名对照患者,各项功能比较实际使用的细胞与患者子集分别报告。

第 90 天出现更明显的频率适应

第 75 天的动作电位半复极时程在 1 Hz 和 2 Hz 之间没有显著差异;第 90 天升高刺激频率后时程缩短,出现更接近成人心肌的频率适应。

钙上升和衰减随培养时间加快,第 90 天钙瞬变幅度比第 60 天高约 50%。暂停刺激后的首个钙瞬变也更强,提示细胞内钙储存与释放功能进一步发育。

第 90 天单细胞的动作电位时程与钙衰减时间相关,但与钙幅度没有显著相关。成人参照也出现相似关系,说明两个同步指标能反映不同功能维度。

异丙肾上腺素与福斯可林增强钙响应

研究在第 90 天加入 1 μM 异丙肾上腺素或福斯可林。两种药物均提高钙瞬变幅度,并加快钙衰减。

异丙肾上腺素使 iPSC 心肌动作电位半复极时程缩短约 12%,但这一项未达到统计学显著;成人参照缩短约 15%,差异有显著性。药物比较中,iPSC 组分别使用 2 次分化所得的 7 个和 21 个细胞。

第 90 天心肌细胞对异丙肾上腺素和福斯可林的反应,以及成人心肌的异丙肾上腺素参照。

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第 90 天心肌细胞对异丙肾上腺素和福斯可林的反应,以及成人心肌的异丙肾上腺素参照。(Josè Manuel Pioner et al. / International Journal of Molecular Sciences, 2019, Figure 5;CC BY 4.0)

结构改善后仍保留未成熟特征

该研究限于一条对照 iPSC 细胞系,并以不同时间点取样比较。作者指出,部分蛋白表达及收缩性质仍具有胎儿心肌特点;今后需要继续改善培养环境和多细胞组织模型。

同步记录有助于在药物评价前确认模型的基础功能,也能分别比较药物对电生理与钙调节的影响。

来源与延伸阅读

  1. Optical Investigation of Action Potential and Calcium Handling Maturation of hiPSC-Cardiomyocytes on Biomimetic Substrates. International Journal of Molecular Sciences. 2019. doi:10.3390/ijms20153799 ↗