机械牵张对人诱导多能干细胞分化来源的心肌细胞成熟的影响

目的通过使用标准的化学定义和基于小分子诱导方案(chemically defined medium,3 components,CDM3)获得人诱导多能干细胞分化来源的心肌细胞(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes,hiPSC-CMs),进一步对其施加机械牵张,探讨机械牵张对hiPSC-CMs成熟的影响及潜在机制。方法复苏、培养和鉴定hiPSCs后,将hiPSCs接种到覆有基质胶的传统培养皿上。24 h后在荧光显微镜下通过DAPI荧光观察细胞生长情况,并通过八聚体结合转录因子4(octamer-binding transcription factor 4,OCT4)荧光进行hiPSCs干性鉴定,在细胞汇合度达到80%时更换CDM3分化培养基,分化6 d后将获得的hiPSC-CMs分为对照组和机械牵张组,拉伸结束后重新种板培养24 h后在荧光显微镜下通过DAPI荧光观察细胞生长情况,通过心肌肌钙蛋白T(cardiac troponin T,cTnT)和肌球蛋白轻链2V(myosin light chain 2V,MLC2V)荧光进行hiPSC-CMs心肌细胞标志物鉴定,Piezo1荧光进行潜在机制研究。结果hiPSCs培养24 h免疫荧光显示:OCT4发出绿色荧光,hiPSCs保持干性。DAPI发出蓝色荧光:细胞呈克隆生长,细胞形态均一。机械牵张结束后重新种板培养,24 h后免疫荧光显示机械牵张组较对照组心肌标志物cTnT和MLC2V表达增高(P<0.05);机械牵张组较对照组机械敏感型离子通道Piezo1蛋白表达增高(P<0.05)。结论机械牵张可以促进人诱导多能干细胞分化来源心肌细胞的成熟,这可能与Piezo1蛋白表达增高有关。

基于诱导多能干细胞治疗急性心肌梗死的临床前研究进展

诱导多能干细胞(iPSC)是通过导入外源基因或在培养基中加入化学物质等方法使体细胞去分化而获得。与胚胎干细胞类似,iPSC可以分化形成三种胚层细胞系。iPSC能通过二维分化方法(如单层细胞培养和共培养),或拟胚体诱导法和基于支架的三维细胞培养方法分化为心肌细胞。iPSC分化成心肌细胞的过程还需通过激活或抑制特定的信号通路(如Wnt、BMP、Notch信号通路)来模拟体内心脏发育过程。近年来,通过生物反应器进行细胞悬浮培养,已能产生足够数量的iPSC衍生的心肌细胞(iPSC-CM)。iPSC-CM在移植前需要通过代谢调节和细胞分选等方法进行纯化,以消除可能导致畸胎瘤形成的未分化iPSC。目前,iPSC-CM的主要移植方法为细胞悬液注射和细胞片移植。动物实验研究表明,将iPSC-CM移植到梗死心肌中能改善心脏功能。本文综述了上述关于iPSC-CM治疗急性心肌梗死的临床前相关研究,并讨论了iPSC-CM在临床应用中的局限性和挑战,以期为iPSC-CM的临床转化研究提供参考。

人诱导多能干细胞来源的心肌细胞构建短QT综合征疾病模型概况

人诱导多能干细胞来源的心肌细胞(hiPSC-CMs)已经成为疾病模型构建、药物筛选、组织工程等领域的研究热点。不少学者利用hiPSC-CMs在细胞或组织水平进行了短QT综合征的疾病模型构建,并在该模型上进行了相关的药物检测,这为短QT综合征的病理机制探究及药物治疗提供了新的见解。

诱导多能干细胞在遗传性心脏疾病模型中的应用与机制

背景:遗传性心脏病具有较高的患病率及死亡率,至今其发病机制仍未阐明。尽管部分遗传性心脏病已经建立了相应的动物模型,为研究遗传性心脏病的发病机制提供了一定的基础,但是由于物种间的差异等原因显著降低了这些研究结果的价值,因此,需要全新的模型来探索其发生发展过程。目的:综述了目前诱导多能干细胞在构建多种遗传性心脏病模型中的作用和潜在的应用前景。方法:第一作者于2023年1-3月期间应用计算机在Pub Med数据库中检索近13年的相关文献,以“induced pluripotent stem cell,inherited heart disease,congenital heart disease”等为检索词,最终纳入76篇文献进行分析。结果与结论:自2007年诱导多能干细胞从人体体细胞中诱导建立以来,已有许多针对疾病特异性诱导多能干细胞的研究报道。由于疾病特异性诱导多能干细胞能够再现疾病表型,因此有望成为体外疾病建模的一种新研究工具,用于分析发病机制和研制辅助药物。在心血管遗传性疾病的研究方面,从患者特异性诱导多能干细胞分化得到的心肌细胞中含有参与心脏发育异常相关的基因突变,因此,其可作为一种全新的工具研究遗传性心脏病的潜在机制。到目前为止,诱导多能干细胞来源心肌细胞已被广泛用于多种遗传性心脏疾病的分子机制研究,如心脏电生理性疾病、心肌病以及一些综合征性遗传性心脏疾病。

氯化铯增加人诱导多能干细胞来源心肌细胞自发动作电位的节律性

目的探讨氯化铯对人诱导多能干细胞来源心肌细胞自发动作电位以及起搏电流的影响。方法利用CHIR99021和IWP-2小分子在体外将人诱导多能干细胞分化为心肌细胞。通过免疫荧光和动作电位测定对转化心肌细胞进行形态学和电生理鉴定。利用膜片钳系统记录氯化铯对培养60 d人诱导多能干细胞来源心肌细胞自发动作电位及起搏电流的影响。结果免疫荧光显示人诱导多能干细胞来源心肌细胞高表达心肌肌钙蛋白T(cardiac troponin T,cTnT)心肌标志物,电生理鉴定提示其具有自发动作电位,2 mM氯化铯增快自发动作电位的频率(P=0.003,n=5)。2 mM氯化铯提高动作电位的静息电位(P<0.001,n=5),提高动作电位的阈电位(P<0.001,n=5),降低动作电位的振幅(P=0.002,n=5),缩短动作电位复极90%(APD90)的时间(P<0.001,n=5)。2 mM氯化铯抑制人诱导多能干细胞来源心肌细胞起搏电流的平台期电流以及尾电流有统计学意义(P<0.05,n=5)。结论氯化铯增加人诱导多能干细胞来源心肌细胞自发动作电位的自发节律性,并抑制其起搏电流。

盐酸克伦特罗对人类诱导多能干细胞来源心肌细胞的毒性作用

目的:探讨盐酸克伦特罗对人类诱导多能干细胞(iPSC)来源心肌细胞的毒性作用。方法:将人皮肤来源的iPSC成功定向分化为心肌细胞,加入不同浓度盐酸克伦特罗,使之分为对照组(0μg/ml)、1μg/ml组、10μg/ml组、20μg/ml组、50μg/ml组、100μg/ml组等6组(n均=3),相同条件共培养7天后,观察盐酸克伦特罗对心肌细胞形态大小、搏动频率及凋亡率的影响。结果:不同浓度盐酸克伦特罗均可使心肌细胞缩小(P<0.05),50-100μg/ml盐酸克伦特罗可致心肌细胞骨架断裂,甚至呈颗粒状。各种浓度盐酸克伦特罗均致心肌细胞搏动频率加快(P<0.05),且有浓度越高搏动越快的趋势。10μg/ml组和50μg/ml组所致心肌细胞凋亡率显著高于对照组(P<0.05)。结论:盐酸克伦特罗对人类皮肤来源iPSC分化的心肌细胞有毒性作用。

麻黄碱及阿托品对人诱导多能干细胞来源心肌细胞动作电位的影响

目的探讨麻黄碱及阿托品对人诱导多能干细胞来源心肌细胞动作电位的影响,为人诱导多能干细胞来源心肌细胞的临床应用提供依据。方法利用免疫荧光鉴定人诱导多能干细胞多能性,并利用CHIR99021及IWP-2小分子在体外将其分化为心肌细胞。利用免疫荧光及膜片钳对获得的心肌细胞进行形态学及电生理鉴定。随后通过灌流系统添加500μmol/L麻黄碱及100μmol/L阿托品,并用膜片钳记录动作电位的变化。结果人诱导多能干细胞高表达多能性标志物oct4、sox2、nanog及tra-1-60。分化得到的心肌细胞高表达ctnt、α-actinin、mlc2v等心肌特异性标志物,同时具有自发节律的动作电位。麻黄碱及阿托品能够显著加快自发动作电位的频率,但对动作电位去极化幅度、最大去极化速率及90%动作电位时程无明显影响。结论麻黄碱及阿托品能够加快人诱导多能干细胞来源心肌细胞自发动作电位的频率,证明其具有良好的药物反应性。

诱导多能干细胞来源的心肌细胞对心肌梗死大鼠的心脏修复作用

目的探讨诱导多能干细胞来源的心肌细胞用于心肌梗死大鼠模型心肌修复的有效性,并阐明其改善心脏功能的机制。方法体外培养诱导多能干细胞并诱导分化为心肌细胞;心肌梗死模型SD大鼠随机分为心肌梗死组和细胞移植两组,正常SD大鼠为对照组,每组10只。建模成功后,心肌梗死组和细胞移植组分别在心肌梗死边界附近的3个点注射30μL的生理盐水和分化心肌细胞,对照组行开胸手术,不结扎冠状动脉;在第7、14和28天时通过心脏彩超和有创血流动力学测量心功能;第28天时RT-PCR检测组织衰老指标,Masson染色法评估梗死面积的大小和免疫组化检测梗死边缘区毛细血管密度。结果28天时,与心肌梗死组相比,细胞移植组左室射血分数(LVEF)、左室舒张末期内径(LVEDD)、左室收缩末期内径(LVESD)、左室舒张末期压力(LVEDP)及最大正负左室内压力变化速率(±dP/dt)明显改善(均P<0.05);细胞移植组的梗死面积明显小于心肌梗死组,而毛细血管生成明显多于心肌梗死组(P<0.05);心肌梗死组的基质金属蛋白酶-3(MMP-3)、内皮细胞型纤溶酶原激活物抑制因子(PAI-1)和白细胞介素-6(IL-6)的mRNA表达量明显升高(P<0.05)。结论移植诱导多能干细胞分化的心肌细胞可通过旁分泌作用改善心肌梗死大鼠模型的心脏功能。

维生素C体外诱导多能干细胞向心肌细胞的分化

背景:诱导多能干细胞治疗缺血性心脏病被认为是极具前景的方法,但目前仍未找到一种理想的诱导方式。目的:观察维生素C作为诱导剂对多能干细胞体外分化为心肌细胞的影响。方法:复苏小鼠诱导多能干细胞,传代培养后,采用直接悬浮培养法使小鼠诱导多能干细胞形成拟胚体,用含10-3,10-4,10-5,10-6mol/L4种不同浓度维生素C的分化培养基对其进行诱导分化,以不添加任何诱导剂作为对照组,观察各组出现搏动拟胚体的数量,计算分化比率。结果与结论:维生素C诱导小鼠诱导多能干细胞分化为心肌细胞的最佳浓度为10-4mol/L,有(57.00±3.20)%的拟胚体出现搏动,显著高于不添加任何诱导剂的对照组(5.13%±0.55)%(P<0.01)。诱导而来的心肌细胞表达心肌特异性蛋白cTnT以及α-actin。提示最佳的维生素C诱导分化条件能够促进小鼠诱导多能干细胞向心肌细胞分化,提高其分化效率。

血管内皮生长因子对诱导多能干细胞向心肌细胞分化的影响

目的观察血管内皮生长因子(VEGF)对小鼠诱导多能干细胞(iPSCs)向心肌细胞分化的诱导作用。方法采用悬滴培养法,分别以10、20、50 ng/ml的VEGF对iPSCs细胞进行诱导分化,自然分化作为阴性对照组,加入1%二甲亚砜诱导剂为阳性对照组,倒置显微镜下观察细胞生长情况,记录跳动的拟胚体出现的时间和数目,计算心肌细胞分化率,细胞免疫荧光检测心肌细胞cTnT的表达,RT-PCR检测心肌发育基因α-MHC和β-MHC mRNA的表达。结果与自然分化组相比,三个浓度组的VEGF均可提高iPSCs的心肌细胞分化率(P<0.05),浓度为20 ng/ml时,iPSCs的心肌细胞分化率最高;与二甲亚砜组相比无统计学差异(P>0.05)。分化的心肌细胞可自发搏动,同时表达心肌特异蛋白cTnT和调控心肌发育的基因α-MHC和β-MHC;VEGF可上调α-MHC和β-MHC的表达(P<0.05)。结论 VEGF可以促进诱导iPSCs向心肌细胞分化。

静电纺丝聚己内酯纳米纤维支架支持小鼠诱导多能干细胞表达心肌细胞标志物

目的利用多能干细胞与仿生材料支架构建人工心肌,探讨仿生材料支架本身对多能干细胞心肌特异性分化的直接作用,为构建组织工程心肌提供理论支持。方法采用静电纺丝聚己内酯纳米纤维仿生支架,接种小鼠i PSCs(mi PSCs)细胞培养分化15 d,免疫荧光染色与Western blot法检测多能干细胞与心肌细胞特异性标志物。结果mi PSCs特异性表达多能干性标志物Oct4和Nanog,而且能够在聚己内酯纳米纤维支架上集落样增殖、分化;培养15 d后,mi PSCs在支架上分化出心肌特异性标志物c Tn T和MLC2a双重免疫荧光染色阳性的细胞;心肌细胞特异性结构蛋白c Tn T、α-MHC和MLC2的表达水平,支架组全面高于对照组。结论聚己内酯纳米纤维仿生支架支持mi PSCs生长与心肌细胞特异性分化。

牛诱导性多能干细胞向心肌细胞的诱导分化

【目的】研究牛诱导性多能干细胞(Bovine induced pluripotent stem cells,biPSCs)向心肌细胞的分化能力。【方法】将biPSCs悬浮培养制备类胚体,采用类胚体介导体外自由分化与定向诱导分化(添加RA、DMSO和RA+DMSO3种诱导物)的方法,使biPSCs在体外分化,比较了biPSCs在3种不同心肌诱导条件下定向分化为心肌细胞的诱导效率;分别提取biPSCs、类胚体及不同诱导体系分化细胞的总RNA,用RT-PCR检测心肌细胞发育标志基因的表达。【结果】biPSCs在悬浮条件下培养7d,能够形成典型球形和囊腔样类胚体。类胚体再贴壁培养7d,经过免疫细胞化学检测,贴壁细胞大量分化为α-actin阳性的心肌样细胞。在体外诱导分化体系中,RA+DMSO共同诱导的效率较RA和DMSO单独诱导显著增高(P<0.05)。RT-PCR结果显示,各组分化后的细胞中心肌细胞发育特异性基因ACTA2与GATA4均有高水平表达。【结论】biPSCs在体外悬浮培养能够形成类胚体,类胚体贴壁培养后可以分化为α-actin阳性的心肌样细胞;分化形成的心肌样细胞均表达心肌特异性基因。

维生素C明显提高小鼠诱导多能干细胞分化为心肌细胞的诱导效率

目的:将维生素C作为诱导剂,观察其对小鼠诱导多能干细胞(miPSC)分化为心肌细胞效率的影响,寻找一种更安全、更高效的诱导方法。方法:复苏miPSC,传代培养后,利用悬滴培养法使miPSC形成拟胚体(EBs),用含维生素C的分化培养基对其进行诱导分化,对照组不添加诱导剂,记录两组拟胚体出现搏动的时间、数量,计算分化率,观察维生素C作为诱导剂,对miPSC分化为心肌细胞效率的影响。结果:在用含10^(-4)mmol/m L维生素C的分化培养基时,大概有62.5%的拟胚体出现搏动,而不加任何诱导剂组约有8.3%的拟胚体出现搏动。各组搏动拟胚体cTnT,a-actinin免疫染色阳性。结论:维生素C作为一种诱导剂,能显著提高miPSC分化为心肌细胞的效率,并且心肌特异性蛋白cTnT,a-actinin染色阳性,应用维生素C作为诱导剂,诱导miPSC向心肌细胞分化是一种非常理想的诱导方法。

高效制备人诱导多能干细胞并诱导分化为心肌细胞

目的提高人诱导性多能干细胞(hiPSC)转化效率,缩短其产生周期,并避免引入异源基因。方法利用GP2-293反转录病毒包装系统对人包皮成纤维细胞(HFFs)进行转化,引入小分子物质,并对类胚胎干细胞(ESC)克隆进行独立培养,检测标记蛋白,定向诱导分化能力和核型分析。结果 HFFs经转化后,20 d出现形态与ESC克隆相似的hiPSC,比经典法缩短了10 d,效率提高约12倍。它们与ESC同样表达标记蛋白;体外成功定向分化为心肌细胞。核型分析表明该hiPSC染色体核型正常。结论建立稳定的转化效率高、周期短的hiPSC生成体系,并成功诱导分化成心肌细胞,为心血管疾病的模型构建和临床研究提供实验基础。

利用人诱导多能干细胞分化的心肌细胞评价莫西沙星和左氧氟沙星与抗心律失常药物联用的心脏毒性风险

目的利用人诱导多能干细胞分化的心肌细胞和实时细胞分析系统评价喹诺酮类抗生素莫西沙星和左氧氟沙星与抗心律失常药物奎尼丁、普鲁卡因胺和胺碘酮联用的心脏毒性风险。方法人诱导多能干细胞分化的心肌细胞接种于实时细胞分析系统Cardio E-Plate 96孔板并给予不同浓度的莫西沙星、左氧氟沙星、奎尼丁、普鲁卡因胺和胺碘酮,根据人诱导多能干细胞分化的心肌细胞的标准化细胞指数及标准化搏动频率筛选毒性浓度。以莫西沙星和左氧氟沙星最高无毒性浓度和最低有毒性浓度预处理24 h后,分别给予不同浓度的奎尼丁、普鲁卡因胺和胺碘酮,比较各组间标准化细胞指数的差异。结果莫西沙星、左氧氟沙星、奎尼丁、普鲁卡因胺和胺碘酮均可诱导标准化细胞指数降低(P<0.05)。莫西沙星与奎尼丁或普鲁卡因胺联合给药后可导致标准化细胞指数降低(P<0.05);左氧氟沙星与胺碘酮联合给药后可导致标准化细胞指数降低(P<0.05)。结论莫西沙星和左氧氟沙星与抗心律失常药物联用后可增加心脏毒性风险,基于人诱导多能干细胞分化的心肌细胞和实时细胞分析系统的体外评价模型在药物心脏毒性预测上具有应用前景。

人诱导多能干细胞分化来源心肌细胞特征及促成熟方法研究进展

人诱导多能干细胞分化来源的心肌细胞(Human induced pluripotent stem cells-derived cardiomyocytes,hiPSC-CMs)为心脏修复、心脏药物测试、体外心脏建模等提供了理想细胞来源。但hiPSC-CMs与心肌细胞相比并不成熟,表现在缺乏某些特定基因表达,结构、代谢、电生理不成熟,Ca 2+处理水平低等方面。许多研究都聚焦于促进hiPSC-CMs成熟的方法,包括生化刺激、物理刺激、共培养、3D培养、miRNA等。本文对hiPSC-CMs特征及其促成熟方法进行综述,并展望该领域的发展方向。

体外电刺激对维生素C诱导的多能干细胞向心肌细胞分化的影响

目的探讨电刺激在体外对诱导性多能干细胞(iPSCs)向心肌细胞分化的作用。方法复苏小鼠来源的iPSCs,悬滴培养法形成拟胚体,维生素C诱导其分化,诱导过程按是否给予电刺激分为电刺激组与非电刺激组。观察各组细胞生长情况,记录各组拟胚体出现跳动的时间和跳动拟胚体的数量,计算心肌细胞分化率。共聚焦显微镜成像结合免疫荧光细胞化学检测心肌特异性肌钙蛋白T(c-TnT)的表达。RT-PCR检测干细胞多能性标志因子Oct-4、心肌早期特异性转录因子GATA-4和心肌特异性肌球蛋白α重链(α-MHC)的基因表达。结果电刺激组拟胚体较非电刺激组分化更快,更早出现搏动,心肌细胞分化率更高[(68.89±5.09)%vs(52.22±3.85)%,P<0.05]。两组搏动区域细胞均表达c-TnT,电刺激组细胞c-TnT表达更明显。在诱导过程中,Oct-4表达水平随诱导时间延长逐渐减少,电刺激组较非电刺激组递减更快(P<0.05)。两组均检测到心肌特异性标记分子GATA-4和α-MHC的表达。在诱导分化相同时间点,电刺激组GATA-4和α-MHC表达水平高于非电刺激组(P<0.05)。结论模拟心脏电学微环境的电刺激有助于维生素C诱导的iPSCs在体外向具有心肌细胞表型特征的细胞分化。

诱导多能干细胞/原代心肌细胞的融合细胞表现出双向重建

目的体外构建诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSc)与原代心肌细胞的融合细胞,初步探讨融合细胞体外生物学特性。方法绿色荧光蛋白(green fluorescent protein,GFP)转染八聚体结合转录因子4(octamer-binding transcription factor-4,Oct-4)小鼠来源的iPSc与小鼠乳鼠心肌细胞通过聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG-4000)诱导融合,建立细胞融合模型。动态观察融合细胞生长形态变化情况,融合细胞碱性磷酸酶(alkali phosphatase,AKP)染色,免疫荧光鉴定融合细胞表达干细胞与心肌细胞特异性蛋白情况,以及染色体核型分析,确定融合细胞是否发生细胞核的融合及程度。结果聚乙二醇(PEG-4000)能够介导iPSc与心肌细胞融合,融合后第4天开始出现成集落状生长的细胞团;第2、3、4、5天的iPSc和融合细胞AKP阳性率分别为(0.935±0.039)、(0.939±0.022)、(0.954±0.017)、(0.944±0.027)和(0.761±0.044)、(0.740±0.023)、(0.681±0.034)、(0.748±0.045),同时间点的iPSc和融合细胞AKP阳性率比较有明显差异(P<0.05);融合细胞初期主要表现为iPSc的特点,Oct-4表达阳性,cTnT表达阴性,融合7 d后,逐渐表现出两种细胞的特点,Oct-4与cTnT均表达阳性;超过80%的杂交细胞染色体数目在76～80条之间。结论二倍体iPSc与二倍体心肌细胞的融合细胞,具有两亲本细胞的特性,表现出双向重建。

诱导多能干细胞向心肌细胞分化的研究进展

诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)是通过重编程体细胞而得到的类似胚胎干细胞和胚胎APSC多能细胞的一种细胞类型。iPSCs向心肌细胞分化是一种使心肌细胞再生,治疗心肌梗死、心力衰竭等相关疾病的一种新兴技术。本文通过对近年来发表的iPSCs向心肌细胞分化的相关文献的整理、总结和分析,介绍近年来iPSCs及其向心肌细胞分化的相关研究进展、所面临的问题以及未来的发展方向。

心肌营养素-1诱导小鼠诱导性多能干细胞心肌细胞定向分化的实验研究

目的:观察心肌营养素-1(CT-1)对小鼠诱导性多能干细胞(miPSCs)心肌细胞定向分化的诱导作用。方法:实验分为对照组与CT-1处理组。miPSCs经悬滴法诱导形成拟胚体,第3天培养基中加入1μmol/ml CT-1(CT-1组),对照组采用普通培养基。于第4、7、10和14天,收取细胞样本,采用实时PCR检测心脏特异标志物基因的表达。用免疫荧光染色及流式细胞术检测干细胞标志物Oct4和心肌特异性分化标志物肌钙蛋白I(cTnI)的表达。用透射电镜观察心肌样细胞的超微结构。结果:CT-1组第10天,样本中心肌特异性肌钙蛋白T(cTnT)基因表达的水平为同期对照组的1.75倍,有显著性差异(P<0.05)。免疫荧光染色法检测显示,两组均有cTnI表达。流式细胞术鉴定的结果显示,对照组与CT-1组cTnI的阳性率分别为28.5%和56.4%,有显著性差异(P<0.05)。电镜观察显示,CT-1组肌原纤维及胞内线粒体明显增多,肌纤维排列规则,可见细胞间桥粒连接和缝隙连接。结论:CT-1可显著提高miPSC向心肌细胞定向分化的效率。