【Advanced Science】美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校學(xué)者發(fā)文：心肌細(xì)胞治療新發(fā)現(xiàn)

近日，美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校學(xué)者在期刊《Advanced Science》上發(fā)表了研究論文，題為“Connexin 43-Enriched Vesicles Improve Synchronization in hiPSC-Derived Cardiomyocytes”，本研究中，研究人員研究了縫隙連接介導(dǎo)的細(xì)胞間通訊，并開發(fā)“連接體”，以增強(qiáng)細(xì)胞間的耦合。連接體顯示連接蛋白的正確取向，并在心肌細(xì)胞間的細(xì)胞邊界處豐富了 Cx43 的表達(dá)。機(jī)制研究證實(shí)，通道取向和功能至關(guān)重要，支持連接體有助于縫隙連接耦合的模型。這些結(jié)果表明，連接體可以通過增強(qiáng)電化學(xué)通訊來同步未成熟心肌細(xì)胞的跳動，為未來治療學(xué)的進(jìn)展奠定了基礎(chǔ)。

從細(xì)胞到組織：誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化的新挑戰(zhàn)與電化學(xué)整合

01

在誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）向特定譜系分化以用于組織工程應(yīng)用和細(xì)胞移植方面已取得重大進(jìn)展。然而，下一個重大挑戰(zhàn)是從細(xì)胞向功能性工程組織轉(zhuǎn)變。功能性組織需要三維（3D）結(jié)構(gòu)，細(xì)胞相互連接并能夠高效地進(jìn)行信息傳遞。

這種細(xì)胞間通訊的基本形式之一是通過電化學(xué)偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。電化學(xué)偶聯(lián)貫穿整個組織，對組織的穩(wěn)態(tài)和協(xié)調(diào)生長至關(guān)重要。電化學(xué)整合的一個關(guān)鍵要求是細(xì)胞通過細(xì)胞間連接網(wǎng)絡(luò)相互連接。

連接體同步hiPSC-CMs的跳動

02

正如基于雙細(xì)胞電導(dǎo)的計(jì)算模型所預(yù)測的那樣，hiPSC-Connectosomes的治療顯著改善了第20天hiPSC-GCaMP-CMs的搏動同步性。未經(jīng)處理的hiPSC-GCaMP-CMs的鈣瞬變即使在延長培養(yǎng)（長達(dá)8天）后仍保持不規(guī)則且不同步，這表明同步并非僅由培養(yǎng)時間所致。作為陰性對照，我們用從野生型 HeLa 細(xì)胞中收獲的合成囊泡處理了 hiPSC-GCaMP-CMs。由于 HeLa 細(xì)胞幾乎不含 Cx43，這些囊泡不被稱為 Connectosomes，且未能同步 hiPSC-GCaMP-CMs 的搏動，其 TPA 值的 MAD 與未處理細(xì)胞相當(dāng). 為了排除供體細(xì)胞來源的潛在影響，我們接下來用從工程化過表達(dá)Cx43的HeLa細(xì)胞（HeLa-Cx43YFP）中收獲的連接體處理hiPSC-GCaMP-CMs。HeLa-Cx43YFP-連接體使hiPSC-GCaMP-CM的跳動同步化，并導(dǎo)致TPA的MAD降低，其效果與hiPSC-連接體相當(dāng)。定量分析顯示，hiPSC-連接體在處理后兩天內(nèi)使TPA的MAD降低了68%，且這一趨勢持續(xù)至第8天。視頻展示了hiPSC-GCaMP-CMs在8天內(nèi)的代表性視野，hiPSC-Connectosomes顯著改善了搏動同步性，表現(xiàn)為同步的鈣瞬變，而未處理細(xì)胞則表現(xiàn)出不規(guī)則、不同步的搏動。這些觀察結(jié)果表明，Connectosome膜上Cx43的富集，而非供體細(xì)胞的身份，是改善同步性的關(guān)鍵決定因素。為了評估Connectosome處理是否廣泛改變CM成熟標(biāo)志物或興奮性，我們測量了特定標(biāo)志物的表達(dá)：PITX2 和TNNI1/TNNI3，并使用FluoVolt量化了膜電位。在8天內(nèi)未檢測到顯著差異，支持了Connectosomes的主要作用是通過Cx43依賴的耦合而非心肌細(xì)胞表型改變來介導(dǎo)的假說。

跳動hiPSC-CMs的同步性分析

結(jié)論

03

基于這些結(jié)果，未來的工作將驗(yàn)證處理過的 CM 中連接蛋白的取向，并擴(kuò)大對 CM 功能的分析。此外，對連接體進(jìn)行系統(tǒng)的分析將進(jìn)一步優(yōu)化這一平臺，支持其持續(xù)發(fā)展和臨床轉(zhuǎn)化。

參考資料：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202521032

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