多孔板中细胞培养液颜色的差异。
多孔板中细胞培养液颜色的差异。(Zhiguo.he / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

改变细胞比例建立心肌纤维化表型

加拿大多伦多大学(University of Toronto)等团队在 Biowire II 平台中,将人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌细胞与心室成纤维细胞共同培养。成纤维细胞占起始细胞数的 25% 或 75%,分别作为正常参照和纤维化模型。

细胞在纤维蛋白为主的水凝胶中形成连接两条聚合物线的组织,经过压实和电刺激逐步成熟。聚合物线的弯曲用于估算组织在静息和收缩时的力。

经过约 7 周培养,成像得到的纤维化组织胶原面积比例超过参照 2 倍,主动收缩力较低、被动张力较高。钙变化幅度下降,并出现更不规则的钙波与搏动。

把胶原、被动张力与主动收缩同时纳入药物评价

团队先在另一种胶原沉积测定中比较 3 种前体蛋白转化酶 furin 抑制剂,再选择效果较强的化合物 PCI(proprotein convertase inhibitor)进入 Biowire 测试。本文以被动张力为主要筛选指标,并用胶原成像、组织压实和主动收缩力检查药物影响。

药物浓度为 2.5 μM,参照为相应溶剂条件。晚期方案等待纤维化组织完成 6 周电刺激后开始处理;早期方案则从组织建立时开始,分别观察短期和持续干预。

晚期干预减小张力,胶原下降未达到显著

已成熟的纤维化组织处理 7 天后,被动张力显著减小,主动收缩力没有显著变化。胶原面积比例有下降趋势,但该项差异未达到统计学显著。

早期持续干预减少胶原沉积,也削弱主动收缩

从接种时开始处理,组织压实变慢,7 天后被动张力降低,这一差异维持至 6 周。早期方案的胶原面积比例也明显下降。

持续 6 周处理同时伴随主动收缩力明显降低,以及组织能够响应的最高刺激频率下降。作者推测,压实减弱可能影响细胞之间的耦联。

因此,药物评价既要观察纤维化相关指标,也要保留心肌功能的变化。本文的力学药物比较主要采用每组 3 份组织,属于特定工程模型中的概念验证。

来源与延伸阅读

  1. Biowire Model of Interstitial and Focal Cardiac Fibrosis. ACS Central Science. 2019. doi:10.1021/acscentsci.9b00052 ↗