用体内启动策略训练干细胞增强心脏修复效果

人类干细胞被认为是一种有前途的心脏再生治疗细胞来源。但由于移植到衰竭心脏后性能不佳，它们的临床应用受到了阻碍。最近，香港城市大学(CityU)的一位干细胞生物学家与他的合作者开发了一种名为体内启动(in vivo priming)的新策略，通过3d打印的绷带样贴片“训练”干细胞在植入受损心脏后保持强大。本研究的积极结果表明，体内启动策略是促进心脏修复的有效手段。

城大生物医学学系助理教授Ban Kiwon博士与来自韩国的心脏病专家和3d打印专家合作，取得了这项突破。这项研究发表在最新一期的科学的进步，题为“在体内启动人类间充质。干细胞与肝细胞生长因子-工程间充质干细胞促进了心脏修复的治疗潜力。”

衰竭心脏的恶劣环境会阻碍干细胞的存活

心肌再生是一种很有前途的心肌梗死注射治疗策略人类干细胞直接射入衰竭的心脏。特别是人类间充质干细胞(hMSCs)被认为是一种具有竞争力的药物，用于临床应用，其安全性和显著的旁分泌效应支持新血管的形成和抑制细胞死亡。然而，“临床试验结果令人失望，因为衰竭心脏的微环境对注射的hMSCs存活非常苛刻，”潘博士说。

因此，研究人员一直在探索如何提高衰竭心脏中hMSCs的存活率。“启动，或所谓的预处理，是赋予细胞能量的常见策略。这些细胞通过特殊的刺激受到教育，当它们被重新安置到艰苦的环境中时，它们对恶劣环境的抵抗力会强得多，因为它们以前的经历，它们知道如何做出反应，”潘博士解释说。

按照惯例，在细胞被移植到心脏之前，启动是在体外进行的(在活体之外)。“但以这种方式进行的启动效果通常只持续两三天。为了延长启动效应的持续时间，我想出了一个在体内启动的想法，这意味着hMSCs直接启动衰竭的心脏，”潘博士说。

新策略:体内启动hMSCs

为了证明这一概念，研究小组制作了一个3d打印贴片，上面装载了人骨髓来源的骨髓间充质干细胞，并对含有人肝细胞生长因子蛋白的骨髓间充质干细胞进行基因工程。肝细胞生长因子(HGF)参与细胞存活、血管形成和抗纤维化等多种生物活性，在成人器官再生和伤口愈合中起重要作用。

然后将该贴片像绷带一样植入心肌梗死大鼠心脏的梗死区顶部。潘博士说:“基因工程的骨髓间充质干细胞可以持续分泌人类HGF蛋白，使贴片内的骨髓间充质干细胞变得更强。”

他补充说，不是直接将基因工程细胞注入心脏，而是将细胞封装在贴片中放置在心脏表面，可以防止突变或其他不良结果。采用猪心脏来源的细胞外基质水凝胶，模拟心脏组织特异性微环境，3d打印制备贴片。

研究发现，在附着于衰竭心脏的斑块上，启动的hMSCs比未启动的hMSCs有更高的存活率。这些被强化的hMSCs释放了更多的旁分泌因子，有利于修复受损的心肌组织和血管再生。

“我们发现，即使在植入后的贴片中，被启动的细胞仍能存活8周心．此外，与未启动的人相比，心脏功能和血管再生都有显著改善细胞潘基文说。

“我们的团队是第一个在体内实现心脏启动的团队。但更重要的是，通过展示体内启动hMSCs可以增强心脏修复的治疗潜力，我们希望我们的研究可以为未来的相关干细胞治疗带来重要的影响，”Ban博士总结道。该团队花了两年多的时间才取得了这些显著的成果。该团队将探索在更大的动物身上进行实验的可能性，甚至是临床试验，以及修改结构补丁．

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