全新双干细胞疗法 助心脏组织再生

【字体: 时间:2019年08月13日 来源:EurekAlert中文

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  针对严重心肌梗塞和晚期心脏衰竭的治疗方案有限,而心脏移植是最终的方案,但心脏移植风险与成本均很高,并且受制于有否合适的捐赠者。因此,干细胞疗法成为未来一种具潜力的治疗新方案。

  

严重心血管疾病有机会诱发心肌梗塞,会对心脏造成永久和危及性命的伤害。包括香港城市大学(香港城大)科学家在内的联合研究小组最近研发出一种多管齐下的方法,通过利用两种不同类型的干细胞,同时修复心脏的肌肉细胞和血管系统。研究结果令人鼓舞,有望为治疗心肌梗塞另闢新径,令重症患者不一定要进行複杂且危险性高的心脏移植,可以多一个选择。

心肌梗塞的成因是心肌因冠状动脉供血不足,足以致命。它导致心肌细胞(cardiomyocytes)永久损失,并使组织结疤,对心脏功能造成不可逆转的损伤、甚至令心脏衰竭。针对严重心肌梗塞和晚期心脏衰竭的治疗方案有限,而心脏移植是最终的方案,但心脏移植风险与成本均很高,并且受制于有否合适的捐赠者。因此,干细胞疗法成为未来一种具潜力的治疗新方案。

来自香港城大生物医学系、干细胞生物学家潘基沅博士(Dr Ban Kiwon)一直致力于研发以干细胞为基础的新型心脏再生治疗法。他解释道︰「心脏是由心肌和血管组成的器官,血管向肌肉提供氧气和能量,因此必不可少。心肌梗塞后,心肌和血管系统都会严重受损,治疗的策略理应集中于两者的同时综合修复。但目前为止,现有治疗都只针对两者其中之一。」

有见及此,潘博士与包括来自建国大学、韩国天主教大学、浦项工科大学和韩国T&R Biofab的研究人员合作,近日研发出一种多管齐下的方法,通过利用两种主要类型的干细胞,旨在同时修复心肌和心脏血管。两种被选用的干细胞分别是从人骨髓衍生的间充质干细胞(human bone marrow derived mesenchymal stem cells, hMSCs)和自人工诱导性多功能干细胞衍生的心肌细胞(cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells, hiPSC-CMs)。

hMSCs被採用于此研究,是因为其卓越的旁分泌活性︰分泌出良好的蛋白质以促进血管再生和血管内皮细胞的存活。而hiPSC-CMs则因为在以下范畴有与人类心肌细胞相似的特质︰具心脏特定基因、结构蛋白、离子通道,和更重要的自发性收缩,因而被研究人员採用。

首次综合研究两种干细胞对心脏修复的效能

虽然过去的研究分别记录过hiPSC-CMs或hMSCs如何有助治疗心肌梗塞,但这次的研究是首次同时检测该两种不同的干细胞在心脏修复中的作用。研究人员双管齐下,将hMSCs和hiPSC-CMs通过两种不同的途径注入:直接注射hiPSC-CMs入老鼠心脏边缘位置的心肌内,并在该心肌梗塞的心脏表面植入含有hMSCs的贴片(hMSC-PA),如伤口敷料贴一样覆盖梗塞范围。

结果显示,这种双管齐下的做法令心肌梗塞的心脏的功能显著改善,并促进血管的形成。植入含有hMSCs的贴片不仅如预期一样提供一个促进血管再生的微环境,而且还改善了hiPSC-CMs细胞停留情况,最终提升了心脏功能并修复了受损的心肌。

此外,组织学分析结果表明,hMSC-PA的植入促进了被注射的hiPSC-CMs在功能上的成熟:它们的细胞形状变得细长,呈长方形,看起来更有序排列,是人类心肌细胞成熟的典型形态特徵。被注射到心肌内的hiPSC-CMs功能成熟,有助减低心律不正的风险;而心律不正是因心脏相关疾病而猝死的主因。

心脏再生及其他方面的应用潜力

潘博士说︰「我们相信这种崭新的双管齐下做法,具潜力为心脏再生领域提供转化和临床的效用。」他续说︰「基于相同的原理,这方案也可用于修复其他同样有多种干细胞共存的器官,包括脑、肝和胰脏。」该团队正埋首准备在大型动物例如猪身上的进一步研究,亦已就今次研究成果提交专利申请。

该研究结果已发表在科学期刊《自然通讯》(Nature Communications)上,题为「双重干细胞疗法同步改善心肌梗塞后的心脏功能和血管再生」。潘博士与建国大学医学院的Moon Sung-Hwan博士和韩国天主教大学的Park Hun-Jun教授是该论文的通讯作者。第一作者是来自建国大学医学院的Park Soon-Jung、香港城大的Kim Ri Youn和博士研究生李性勳,以及来自韩国天主教大学的Park Bong-Woo。

这项研究获得香港城大研究项目、香港研究资助局、韩国国家研究基金会、韩国科学资讯通讯部资助的生物医疗技术发展计划,以及韩国贸易工业和能源部资助的技术创新计划的资助进行。




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