一项新的研究使研究人员能够更有效地从干细胞中形成人类心脏细胞
实验室培养的人类心脏细胞为理解和治疗心脏病提供了强有力的工具。然而，从多能干细胞生产人类心脏细胞的方法并不理想。幸运的是，威斯康星大学麦迪逊分校干细胞与再生医学中心的一项新研究提供了关键的见解，将帮助研究人员从干细胞中培养心脏细胞。
这项研究最近发表在eLife，研究细胞外基质(ECM)蛋白在产生源自人类的心脏细胞中的作用多能干细胞(hPSCs)。ECM填充细胞之间的空间，提供结构支持并调节组织和器官的形成。随着对ECM及其对心脏发育影响的更好理解，研究人员将能够更有效地培养心肌细胞，即心肌细胞，这可能对心脏修复、再生和细胞治疗有用。
干细胞与再生医学中心的资深科学家张建华说:“ECM如何影响hpsc -心肌细胞的生成在很大程度上被忽视了。”“我们越了解可溶性因子和ECM蛋白在细胞培养和分化中的作用，就越接近我们的目标。”
像张这样的研究人员一直在研究如何提高hPSCs向心肌细胞的分化，或者提高其获取hPSCs的能力。在培养过程中，hPSCs可以无限自我更新，同时保持成为人体几乎任何细胞类型的能力，并将其转化为心肌细胞。为了研究ECM在促进hPSCs心脏分化中的作用，Zhang测试了多种蛋白质，看看它们是如何影响干细胞生长和分化的——具体来说，ECM蛋白包括层联蛋白-111、层联蛋白-521、纤维连接蛋白和胶原蛋白。
“我们的研究表明，ECM蛋白在hPSC粘附、生长和心脏分化中发挥着重要作用。而纤维连接蛋白在hPSC心脏分化中起着至关重要的作用，是不可或缺的。”“通过了解ECM的作用，这项研究将有助于开发更可靠的方法和协议来生成hPSC-CMs。此外，这项研究不仅有助于心脏分化领域，也有助于其他谱系分化。”
虽然这项新研究对心脏细胞的发育提供了重要的见解，但它是建立在张领导的2012年的一项研究的基础上的，该研究着眼于培养干细胞的心脏分化的最有效方法。
张说:“这项研究实际上是我们开发的高效hPSCs心脏分化基质三明治方法的后续研究。”“为了培养干细胞，我们需要在培养皿底部有一个ECM层。否则，干细胞就不会附着在平板上。然后我们会在生长中的干细胞上添加另一层ECM，我们发现这有助于促进最有效的分化。”
虽然很明显，这种分层或夹层的方法可以更有效和更重复性地分化hpsc -心肌细胞，但研究人员并不完全理解其中的原因。这项新的研究解释了为什么ECM层是至关重要的，并确定纤维连接蛋白是hpsc -心肌细胞发育的关键ECM蛋白。
“这项研究最令人兴奋的部分是，现在我明白了为什么矩阵三明治法有效。在这项研究中，我们能够识别纤维连接蛋白及其整合素受体以及下游信号通路。”“随着对ECM在干细胞生长和心脏分化中的作用有了更好的了解，我们现在希望研究纤维连接蛋白和其他ECM蛋白在促进hpsc -心肌细胞移植中用于细胞治疗的作用。”
下一步可以帮助研究人员实现使用hpsc心肌细胞在疾病建模、药物筛选、心脏再生和细胞治疗方面的全部潜力。这对早在16年前就开始从事心血管研究的张女士来说意义重大。
“我开始对干细胞和心脏研究感兴趣时，我开始与干细胞看着他们变成心细胞在显微镜下的细胞培养皿中拍打，”张说。“这是惊人的。我越来越致力于这项研究，我真的看到了利用干细胞技术治疗疾病和改善我们健康的潜力。”
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