肌肉芯片有助解釋心臟病干細(xì)胞療法局限性
在一項新的研究中，來自美國哈佛大學(xué)的Yvonne Aratyn-Schaus、Francesco Pasqualini及其同事們發(fā)現(xiàn)源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞或許不能有效地替換受損的心臟組織，這是因為它們不能足夠強(qiáng)勁地收縮。這一發(fā)現(xiàn)可能有助解釋在臨床試驗中，基于干細(xì)胞的療法迄今為止對心臟病病人表現(xiàn)出有限的益處。相關(guān)研究結(jié)果于2016年2月8日發(fā)表在Journal of Cell Biology期刊上，論文標(biāo)題為“Coupling Primary and Stem Cell-Derived Cardiomyocytes in an In Vitro Model of Cardiac Cell Therapy”。
多年來，利用干細(xì)胞替換心臟病發(fā)作后受損心臟組織的可能性已吸引著不少研究人員。盡管移植到病人體內(nèi)的干細(xì)胞能夠分化為心肌細(xì)胞并整合進(jìn)心臟組織中的未受損區(qū)域，但是多項臨床前研究和臨床試驗都發(fā)現(xiàn)心臟的收縮功能并未取得顯著改善。
對此的一種解釋可能是機(jī)械力并沒有在新的源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞和現(xiàn)有的存活下來的心肌細(xì)胞之間正確地傳播。心肌細(xì)胞之間交換的機(jī)械力是不可能在病人體內(nèi)測量到的。因此，美國哈佛大學(xué)Kit Parker教授*的一個研究小組開發(fā)出一種簡化的體外系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，從小鼠體內(nèi)分離出的單個心肌細(xì)胞與單個的源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞結(jié)合在一起形成一種雙細(xì)胞的微組織(two-cell microtissue)。研究人員將這種微組織稱為肌肉芯片 (muscle on-a-chip)。
論文共同*作者、Parker實驗室的博士后研究人員Pasqualini和 Aratyn-Schaus利用這種方法發(fā)現(xiàn)源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞能夠在結(jié)構(gòu)上耦合在一起，并且與小鼠體內(nèi)分離出的心肌細(xì)胞同步跳動。然而，源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞不能與它們的搭檔一起強(qiáng)勁地收縮，這種不平衡導(dǎo)致這些細(xì)胞將機(jī)械力傳遞到它們的周圍環(huán)境，而不是彼此之間。
計算機(jī)模擬結(jié)果揭示出源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞和小鼠體內(nèi)分離出的心肌細(xì)胞產(chǎn)生的不平衡力量足以誘導(dǎo)細(xì)胞粘附產(chǎn)生，而這種細(xì)胞粘附能夠吸收傳遞到周圍環(huán)境的機(jī)械力。這種計算機(jī)模擬結(jié)果還提示著人心肌細(xì)胞也很可能表現(xiàn)出類似的行為。
因此，不充足的機(jī)械力傳播可能解釋了干細(xì)胞移植為何在恢復(fù)正常心臟功能上不是那么。Parker及其同事們的肌肉芯片應(yīng)當(dāng)有助于研究人員開發(fā)出改善源自干細(xì)胞的心肌細(xì)胞之間機(jī)械耦合的方法，從而改善病人心臟組織的存活。
