心肌细胞分泌的胞外小泡可帮助受损细胞再生

日期: 2018年04月25日


    

导读:哥伦比亚大学生物医学工程教授Gordana Vunjak-Novakovic领导的研究团队另辟蹊径,利用心肌细胞分泌的胞外小泡,而不是细胞本身,来帮助受损细胞再生。文章发表在著名学术杂志《Nature Biomedical Engineering》。赛业小编为您推荐“心肌细胞分泌的胞外小泡可帮助受损细胞再生”,详情如下:


心脏病是全球致死率最高的疾病之一,成人心脏损伤后不能自行再生,心肌细胞死亡不可逆转地削弱限制了心脏和泵血功能,时至今日仍缺乏有效治疗方法。


在心脏再生领域,研究人员已经把目光转向干细胞移植,但研究表明移植后的干细胞难以存活和分化成心肌细胞,无法修复受损肌肉。植入前先将干细胞分化为心肌细胞可以改善心功能,但有一个并发症:植入的心肌细胞与心脏不同步收缩,会导致潜在的致死性心律失常。


两难之下,哥伦比亚大学生物医学工程教授Gordana Vunjak-Novakovic领导的研究团队另辟蹊径,利用心肌细胞分泌的胞外小泡,而不是细胞本身,来帮助受损细胞再生。文章发表在著名学术杂志《Nature Biomedical Engineering》。


细胞分泌的微泡(microvesicles)很好分离,也能冷冻保存很长世间。这种“现成品”与传统的细胞疗法相比具有几个主要优点:1)无需几个月时间分离培养细胞,可用于急救;2)不会引起心律失常;3)相比以细胞为基础的治疗操作,调控更简单。


在临床一线工作的人都知道,植入干细胞后,大部分细胞都会在几个小时内被冲走,但是,干细胞的有益影响确实存在。这就导致了非正式“肇事逃逸(hit-and-run)”假说——细胞在离开受伤部位前释放了它们的调节因子。


“与这一假说一致,我们假定心脏细胞疗法的益处可能来自它们分泌的生物活性分子(如micro RNAs),而不是细胞本身,”Vunjak-Novakovic教授说。“因此,我们探讨了不使用细胞,受损心脏是否也能获得益处。这种方式将大大简化临床转化,避免心律失常负担。”


细胞分泌和吸收微泡,自然地与邻居和远方细胞交流。“我们认为,心肌细胞是采集微泡的最佳来源,众所周知,组织工程已经用这些细胞建立了心脏模型,”论文共同作者、哥伦比亚大学准博士Bohao Liu说。“结果非常令人兴奋,我相信,无细胞疗法是心梗治疗的安全有效途径。”


生物工程师、临床医生和系统生物学科学家们用成人的干细胞衍生出心肌细胞,体外培养使它们分泌胞外小泡。对比未分化的干细胞,研究人员采用下一代测序阅读这些小泡中的信息和指令。他们发现,来自心肌细胞的胞外小泡(而不是干细胞的)含有心源性和血管生成microRNAs,它们是非常强大的调节分子。


基于Vunjak-Novakovic实验室在生物材料和水凝胶领域的专长,研究小组用胶原蛋白基底贴剂封包微囊泡,对心肌梗死大鼠模型进行为期4周的缓慢释放给药,然后监测心脏泵血功能和心律失常迹象。


“我们非常兴奋地发现,胞外小泡治疗不仅很少导致心律失常,而且彻底有效地恢复了心脏功能,”Vunjak-Novakovic说。“事实上,治疗4周后,用胞外小泡处理过的心脏与从未受伤的心脏功能极为相似。”

 

治疗4周后的大鼠心脏
治疗4周后的大鼠心脏


接下来,研究小组将继续探索随着多能干细胞分化为心肌细胞,胞外小泡的特性发生了什么程度的改变,哪个发育阶段生产的小泡对治疗最有利。“一旦我们了解了胞外囊泡如何介导心脏功能修复,我们应该能将它扩展到一系列心血管疾病,彻底推进无细胞心脏病治疗。”


原文检索:Cardiac recovery via extended cell-free delivery of extracellular vesicles secreted by cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells


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细胞生物学:

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