
厚层心肌组织用于比较不同成熟条件
美国阿拉巴马大学伯明翰分校(University of Alabama at Birmingham)团队在 iScience 报道人源心肌组织的成熟比较。作者希望为药物检测、疾病模型与组织修复建立更厚的心肌材料,实际研究重点是静态拉伸和电刺激怎样改变组织结构与分子状态。
研究用一种人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)系来源的心肌细胞,在纤维蛋白中形成三层组织。成熟处理前,5 个组织的平均厚度为 2.22±0.03 mm,范围约为 2.1–2.3 mm。
团队设置未刺激、静态拉伸,以及拉伸配合两档电刺激共 4 组,比较处理 10 天后的组织排列与超微结构。转录和蛋白检测则选择其中部分组别,分别检查成熟相关分子的变化。
刺激后肌节延长,处理组之间未见显著差异
组合刺激后的心肌细胞沿拉伸方向排列得更一致。肌钙蛋白和 α-辅肌动蛋白(α-actinin)染色,以及电镜观察,显示肌节、Z 线和细胞连接等结构更加清楚。
未刺激、静态拉伸、拉伸加 15 V 及拉伸加 22 V 组的平均肌节长度依次为 1.64±0.02、1.78±0.06、1.80±0.04 和 1.91±0.02 μm。3 个处理组均显著长于未刺激组,但处理组之间没有显著差异。
电镜分析每组至少取 3 个组织,每组共观察 25 个视野。转录检测比较未刺激、静态拉伸和拉伸加 22 V 共 3 组,蛋白检测比较未刺激与拉伸加 22 V 两组,各检测均为每组 3 个样本。连接相关的 N-钙黏蛋白(N-cadherin)也在组合刺激后升高。
不同成熟相关分子的反应并不一致
组合刺激提高了部分心室相关亚型的比例,包括 β/α 肌球蛋白重链,以及心室型与心房型肌球蛋白轻链的比例。心肌型与慢肌型肌钙蛋白 I 的蛋白比例也增加,作者据此讨论组织向较成熟心室表型的变化。
起搏相关通道 HCN4 的转录水平升高,蛋白水平却降低。作者提出,转录后的调节及细胞表型改变可能参与其中,具体原因仍待研究。
代谢相关的己糖激酶 HK2/HK1 蛋白比增加,PPARα 蛋白虽有升高趋势,差异却未达到显著性。研究测量的是相关分子指标,没有直接报告这些组织的能量代谢通量。
模型质量评价仍需包含功能和细胞组成
这项工作的主要结果,是厚层组织在结构及部分分子指标上的改善。研究没有设置成人心肌直接参照,也没有用收缩力、电生理或药物反应检验这些变化的功能意义,功能评价仍是后续工作。
当前组织主要由一种细胞系来源的心肌细胞构成。作者将增加其他心脏细胞与细胞外基质、改善结构、电活动和代谢的一致性列为后续方向;用于药物评价时,模型组成和目标功能仍需要随具体用途检查。