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iPS细胞外泌体治疗可改善心脏病发作的康复

在一项临床前研究中,外泌体治疗可改善心脏病发作后的康复。阿拉巴马大学伯明翰分校的研究人员对猪的研究表明,使用由心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞的混合物自然产生的外泌体——这些细胞均来自人类的诱导多能干细胞(iPSC或iPS细胞)——产生的再生益处与注射的人类诱导多能干细胞相当-心脏细胞。

iPS细胞外泌体治疗可改善心脏病发作的康复

科学早就知道,通过注射心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞的混合物可以改善实验性心脏病发作的恢复,但结果受到植入和保留不良的限制,研究人员担心潜在的肿瘤发生和心律失常。

 

现在对猪的研究表明,使用由心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞的混合物自然产生的外泌体——它们都来自人类诱导多能干细胞——产生的再生益处相当于注射的人类诱导的多能干细胞细胞-心脏细胞,或 hiPSC-CC。

 

外泌体是膜结合的细胞外囊泡,含有生物活性蛋白、RNA 和 microRNA。众所周知,外泌体参与细胞间通讯,并且它们被积极研究为潜在的临床疗法。

 

“hiPSC-CC 外泌体是无细胞的,因此,医生可以利用 hiPSC 衍生细胞的心脏保护和修复特性,同时避免与致瘤风险、细胞储存、运输和免疫排斥相关的复杂性,”Ling Gao 博士说。相关研究发表在《科学转化医学》Science Translational Medicine上。

 

因此,由 hiPSC 衍生的心肌细胞分泌的外泌体改善了心肌恢复,而不会增加致心律失常并发症的频率,并可能为心肌损伤提供一种无细胞治疗选择。

 

在UAB,高是UAB医学院和UAB工程学院联合部门生物医学工程的博士后研究员。张是系主任。

 

对大型动物的研究对于识别、表征和量化对潜在治疗的反应是必要的。在本研究之前,hiPSC-CC 外泌体用于心脏治疗的可行性仅在小鼠模型和体外研究中得到证实。

 

在阿拉巴马大学伯明翰分校( UAB )实验中,患有实验性心脏病发作的幼猪将三种治疗方法中的一种注射到受损的心肌中:1)源自人类诱导多能干细胞的心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞的混合物,2)从这三种细胞中提取的外泌体细胞类型,或 3) 三种细胞类型的均质片段。

 

研究人员从猪研究中获得了两个主要发现。首先,他们发现用 hiPSC-CC、hiPSC-CC 片段或 hiPSC-CC 外泌体治疗的动物的左心室功能、梗塞面积、壁应力、心脏肥大、细胞凋亡和血管生成的测量结果与接受 hiPSC-CC 片段或 hiPSC-CC 外泌体治疗的动物相似且显着改善。在没有任何三种实验处理的情况下恢复。其次,他们发现外泌体治疗不会增加心律失常的频率。

 

在培养中生长的细胞或主动脉环的实验中,他们发现由 hiPSC-CC 产生的外泌体促进了培养的内皮细胞和分离的主动脉环中的血管生长。此外,外泌体通过减少称为细胞凋亡的程序性细胞死亡和维持细胞内钙稳态来保护培养的 hiPSC 心肌细胞免受无血清低氧培养基的细胞毒性作用,这对心脏电导率具有直接的有益作用。外泌体还增加了细胞 ATP 含量,这是有益的,因为据信细胞 ATP 代谢缺陷会导致左心室肥大和心力衰竭患者的心脏功能进行性下降。

 

研究人员还发现,这些体外有益作用中的一些也可以通过在 hiPSC-CC 外泌体中发现的 15 种最丰富的 microRNA 的合成模拟物来介导。研究人员指出,关于 microRNA 在临床应用中的潜在作用的知识还远未完成。

 

Journal Reference:

  1. Ling Gao, Lu Wang, Yuhua Wei, Prasanna Krishnamurthy, Gregory P. Walcott, Philippe Menasché, Jianyi Zhang. Exosomes secreted by hiPSC-derived cardiac cells improve recovery from myocardial infarction in swine. Science Translational Medicine, 2020; 12 (561): eaay1318 DOI: 10.1126/scitranslmed.aay1318

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