
心肌成熟度需要有代谢功能作参照
心脏的持续收缩需要稳定供能,成年心肌细胞还能随营养和应激条件调整所利用的燃料。斯坦福大学(Stanford University)的 Arianne Caudal 与 Joseph C. Wu 在 Cell Metabolism 发表观点文章,讨论 NAMs 怎样用于心血管代谢研究。
人诱导多能干细胞(iPSC)来源的心肌细胞保留供者遗传背景,可用于研究心肌疾病与药物毒性。然而,其代谢仍常接近胎儿心肌,线粒体也不够成熟。作者提出,改进模型时要结合更详细的代谢组分析,并以成人心肌细胞进行严格比较,确认是否获得了所需的代谢功能。
脂肪酸培养、葡萄糖限制或激活线粒体相关信号,已经被用于促进心肌细胞成熟。文章关注的是这些操作之后的代谢表现:细胞能否按研究问题利用底物、适应应激,并与成年心肌的特征相对应。
三维组织要同时考虑受力与营养交换
工程化心肌组织通过模具和水凝胶形成确定的几何形态,支持心肌细胞排列及同步收缩,并可加入电刺激。组织承担前负荷和后负荷,可用于比较代谢、机械与电活动之间的关系。共同培养还可研究其他细胞释放的信号怎样影响心肌。
心脏类器官提供多细胞空间结构,可研究不同细胞之间的营养交换。作者提醒,类器官的大小和细胞组成会影响总体测量结果;氧和代谢物向内部扩散也有距离限制。空间分析可帮助定位这些差别,尤其需要结合中心坏死区域理解代谢测量。
芯片可追踪进入和流出的代谢物
心脏微生理系统能够控制灌流、组织结构、氧条件及细胞外代谢物暴露。比较进入与流出的液体,可开展定量代谢研究;pH、氧、葡萄糖及乳酸则可持续监测。
作者还讨论将芯片与碳-13(13C)同位素示踪结合,以追踪细胞对底物的利用。动态测量适合研究激素反应或缺血再灌注等随时间变化的问题,所设定的供氧和营养条件应与相应实验任务衔接。
计算分析需要纳入代谢的时间变化
机器学习、网络模拟等分析常依赖已有分子数据。单个时间点的代谢物含量,可能遗漏底物在不同细胞区室之间的移动,以及酶活性受翻译后修饰调节的变化。作者提出结合代谢通量、区室分布和其他组学资料,改进动态代谢的计算分析。
文章最后主张围绕明确问题选择 NAMs,并与传统整体模型开展严格的直接比较。细胞或组织模型可用于提出具体机制假设,或检验某项发现与人的关联;代谢成熟度、空间与时间条件及比较对象,应共同决定模型的用途。