
培养底物调整影响代谢和电活动
Cell Reports 报道的这项研究希望改善人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌细胞的功能成熟度。团队在分化第 20 天后比较常规培养液与成熟培养液,后者降低葡萄糖含量,并提供乳酸和脂质等能量底物,培养 3–5 周。
成熟条件下,心肌细胞对脂肪酸的摄取和氧化呼吸提高,线粒体更多排列在肌节附近。细胞的能量代谢能在氧化磷酸化和糖酵解之间调整,静息电位、动作电位上升和钠通道依赖性也发生变化。
河豚毒素在成熟组使搏动停止的半数抑制浓度约为 3.88 μM,常规培养组在 100 μM 下仍能持续搏动。研究用这一药理比较检查钠通道对电活动的贡献。
钙循环改善伴随收缩能力提高
成熟组的钙回收更快,钙储备及对较高刺激频率的跟随能力增加。药理干预与钙成像分别检查肌浆网对钙调节的贡献;动态单层测力则记录到更高的细胞内张力及更快的收缩和舒张。
三维工程心肌组织也接受了培养条件比较。成熟培养液组在后续 29–42 天内较好保持组织宽度和活力,末期收缩力增加,肌节较长且超微结构更完整;在电刺激下,达峰时间和舒张时间的变化并不相同。
疾病模型在不同培养背景中呈现不同表型
携带 RNA 剪接调节因子 RBM20 变异的扩张型心肌病细胞,在两种培养条件下都出现 RNA 剪接异常,但明显的收缩缺陷主要在成熟培养液下表现出来。在该条件下,突变组的收缩幅度约为对应参照的一半。
携带电压门控钠通道基因 SCN5A 的 F1473C 变异的长 QT 综合征 3 型细胞,在成熟条件下显示更长的动作电位时程。美西律使这些细胞的动作电位时程随浓度增加而缩短,半数抑制浓度约为 0.5 μM;相同疾病细胞在常规培养液下没有观察到这种缩短。
成熟条件下的健康供者心肌细胞也未出现同样的美西律缩短反应。研究因此把培养成熟度作为疾病模型和药物评价的重要条件,并在 384 孔成像中分别检测电压、钙信号和收缩。
单层与三维组织各自提供验证资料
这项研究同时记录了单细胞电生理、单层功能和三维组织结果。各模型的比较共同支持培养条件改善功能,但部分成熟培养液成分的独立贡献仍未被全面分离评价。
模型适用性还取决于具体细胞背景和检测对象。本文的药物结果围绕钠通道相关长 QT 表型展开,扩张型心肌病部分则主要比较分子异常与收缩缺陷;两者采用不同的疾病指标。