
细胞比例与培养成分共同影响收缩
德国哥廷根大学医学中心(University Medical Center Göttingen)等团队在 Circulation 建立成分明确、无血清培养的工程人心肌。模型采用人胚胎干细胞或诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌细胞,并加入成纤维细胞形成能收缩的组织。
在一组比例比较中,起始加入 70% 心肌细胞和 30% 成纤维细胞时,组织收缩表现较好。测量时的最终细胞比例约为 1∶1,说明起始比例与培养后组成存在差别。
团队随后用明确的基质和生长因子组合替代原有血清成分。与旧培养条件相比,组织收缩力增强,细胞比例及不同细胞系间的功能变异也减小。
成熟程度由结构、收缩和转录组共同评价
持续培养后,组织中的心肌细胞更长,肌节排列更规则。第 8 周一组工程心肌的最大收缩力按横截面积归一化后为 6.2±0.8 mN/mm²,仍低于作者引用的成人非衰竭心肌参照。
无血清组织出现正向的力—频率关系:刺激频率升高时收缩力增强。异丙肾上腺素也引起明确的收缩增强,并可用受体阻断药分析不同受体的贡献。
转录组和形态比较显示工程心肌比平行二维培养更成熟,但整体表达仍主要接近胎儿心脏。结构、分子与力学成熟并不完全同步。
持续神经体液刺激重现心衰相关损伤
研究用 0.001 至 1 μM 去甲肾上腺素持续处理 7 天,另设内皮素-1 比较。去甲肾上腺素随浓度升高降低收缩力,并减弱组织对急性异丙肾上腺素的反应。
同一模型还出现心肌细胞肥大、细胞数减少及 N 末端 B 型利钠肽前体(NT-proBNP)释放增加。无血清培养条件下,部分病理变化比含血清模型更明显。
受体阻断药同时检验功能与细胞变化
美托洛尔或酚苄明预处理,可部分或完全预防持续去甲肾上腺素引起的病理变化。研究同时比较最大收缩力、急性刺激反应、细胞活力和细胞大小,药物作用因此覆盖多个心衰相关指标。
这项研究将组织成熟评价、心衰相关刺激和药物保护实验结合在同一平台。工程心肌的整体转录组仍主要接近胎儿心脏,作者提出继续用于疾病模型、药物筛选和组织修复研究。