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心力衰竭患者不断增多，心脏移植供体短缺，心室辅助装置存在并发症风险。研究人员开展心脏再生疗法研究，探究水解明胶（HG）浓度对人 iPS 细胞源性心肌细胞（hiPSC-CMs）留存及疗效影响。发现 20% HG 可提高细胞留存及改善心功能，为心脏病治疗提供新思路。
在全球范围内，心力衰竭患者的数量如同失控的列车，持续不断地攀升。心脏移植，这本被视为治疗重症心力衰竭患者的有效手段，却因供体短缺这一难题，陷入了困境；而心室辅助装置（VAD），长期使用又会带来诸如并发症等一系列问题。在这样的艰难处境下，心脏再生疗法成为了医学领域翘首以盼的 “救星” 。在众多心脏再生疗法中，将由胚胎干细胞或诱导多能干细胞（iPS）诱导分化产生的心肌细胞（CMs）移植到患病心脏的心肌组织，是极具潜力的一种方式。然而，如何提高移植的心肌细胞在组织内的留存率，成为了该疗法能否成功的关键。为了解决这一关键问题，来自日本理化学研究所生物系统动力学研究中心、京都大学医学研究生院心血管外科、日东制胶公司研发中心等机构的研究人员，开展了一项关于水解明胶（HG）浓度对人 iPS 细胞源性心肌细胞（hiPSC-CMs）在心肌内留存和治疗效果影响的研究。该研究成果发表在《Scientific Reports》上，为心脏再生疗法带来了新的希望和方向。
研究人员采用了多种关键技术方法。在细胞实验方面，通过特定的培养基和诱导分化方法，将人 iPS 细胞诱导分化为 hiPSC-CMs ，并利用流式细胞术对其进行鉴定。动物实验上，建立大鼠心肌梗死模型，进行不同浓度 HG 溶液和 hiPSC-CMs 的注射实验。同时，运用超声心动图和心脏磁共振成像（MRI）技术评估心脏功能，借助组织学分析观察细胞留存和组织扩散情况。
研究结果
- HG 在离体大鼠心肌中的注射后渗漏情况：研究人员在离体静态的大鼠心肌组织中进行 HG 溶液注射实验。结果显示，10% HG 溶液的注射部位渗漏量最小，且不同浓度 HG 溶液在组织横截面的渗漏量无显著差异。同时发现，在新鲜非搏动心肌组织中，组织横截面的渗漏率高于注射部位，并且总渗漏量有随 HG 浓度升高而增加的趋势，表明心肌内扩散对组织内溶液留存的影响比注射部位渗漏更大。
- HG 在搏动大鼠心肌内的心肌内扩散情况：为评估注射溶液在搏动心肌内的扩散，研究人员将印度墨水溶液注入搏动的大鼠心肌内。结果表明，0% HG + 印度墨水组的染色区域分布最广，10% HG + 印度墨水组和 20% HG + 印度墨水组的染色区域较窄。20% HG + 印度墨水组在注射区域（中间平面）周围的染色面积比 10% HG + 印度墨水组更大，提示 20% HG + 印度墨水更易在搏动心肌的注射区域周围留存，且注射的印度墨水除在肌纤维间质分布外，还部分进入血管。
- 大鼠心肌梗死模型中 HG 对移植 hiPSC-CMs 留存的组织学评估：在大鼠心肌梗死模型中，研究人员通过组织学评估发现，与 CMs 组和 CMs + 10% HG 组相比，CMs + 20% HG 组的 hiPSC-CMs 留存率显著更高 。
- HG 与 hiPSC-CMs 移植在大鼠心肌梗死模型中的功能评估：超声心动图显示，只有 CMs + 20% HG 组的收缩功能（FS%）在移植后 2 周较移植前显著改善。心脏 MRI 结果表明，移植后 4 周，CMs + 20% HG 组的左心室射血分数（LVEF）显著高于假手术组 。
研究结论和讨论部分指出，HG 浓度显著影响 hiPSC-CMs 在心脏组织中的局部留存。在大鼠心肌梗死模型中，20% HG 可使移植的 hiPSC-CMs 达到最高组织留存效率，并显著改善心脏功能，这可能是因为 20% HG 的高粘度抑制了注射细胞的扩散和冲刷，增强了细胞在注射区域的留存。然而，目前尚不清楚治疗机制是源于移植心肌细胞的直接收缩，还是旁分泌效应。此外，研究还发现细胞外环境可能影响注射后 CM 的增殖，这有待进一步研究。该研究为心脏再生疗法提供了重要的理论依据和实践指导，表明优化 HG 浓度是提高 hiPSC-CMs 移植治疗心脏病疗效的关键，未来还需对更高浓度 HG 以及不同细胞形式的移植进行深入研究，同时开发更精确的体内渗漏测量方法，并延长观察周期，以推动心脏再生疗法的临床应用。
