《iPS細胞在組織工程心肌構建中的套用基礎研究》是依託中國人民解放軍第四軍醫大學，由鄭強蓀擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：iPS細胞在組織工程心肌構建中的套用基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭強蓀
- 依託單位：中國人民解放軍第四軍醫大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
心肌細胞由於增殖能力差且來源受限，不適宜作為組織工程心肌構建的種子細胞。如何尋求合適的種子細胞是目前迫切需要解決的問題。iPS細胞源於體細胞重編程，具有多向分化潛能且避免了倫理及免疫排斥問題，是比較理想的種子細胞來源。但iPS細胞分化效率低下，不足以製備大批量的種子細胞。我們前期研究中建立了心肌分化與組織工程心肌構建的優勢平台。本研究擬利用aMHC-eGFP轉基因小鼠建立攜帶心肌分化報告基因的iPS細胞系，實時追蹤iPS細胞的心肌分化過程；在3D共培養誘導體系下，探索Integrin信號途徑調控iPS細胞心肌分化的機制，從而高效地誘導iPS細胞向心肌細胞分化。通過脫細胞基質支架種植iPS細胞來源的心肌細胞，聯合組織化培養進行組織工程心肌構建的初步研究，評價iPS細胞套用價值。本研究旨在探討iPS細胞在組織工程心肌構建中的作用及其心肌再生機理，為心肌梗死患者的心肌修復治療提供新的理論依據。
結題摘要
誘導多能幹細胞（iPSC）源自於體細胞重編程，具有多向分化潛能且避免了倫理及免疫排斥問題，是當前構建組織工程心肌比較理想的種子細胞來源。但因iPSC向心肌細胞分化的效率低下且分化過程參與機制不清，目前尚難以人工製備大批量的種子心肌細胞。我們利用3D共培養誘導體系、單細胞層平鋪培養體系等多種分化培養方法，探索了參與iPSC心肌分化的多種信號途徑及其作用機制。團隊還嘗試利用心臟脫細胞基質支架種植iPSC來源的心肌細胞，並聯合組織化培養進行了組織工程心肌構建的初步研究。研究發現：將iPSC與新生小鼠心肌細胞置於3D共培養體系分層隔離培養，可誘導細胞內FAK/JAK信號活化，增強iPS-CM細胞增殖分裂能力，從而促進其心肌細胞分化。另外，細胞外基質Collagen與細胞表面β1 integrin受體作用對於形成正常EB體結構至關重要，阻斷這一信號通路將降低iPSC的心肌分化效率；進一步研究發現，添加維生素C可以促進擬胚體細胞外基質中膠原成份的合成，進而通過Collagen1A1/ β1 integrin作用活化細胞內MEK-ERK信號，從而提高iPSC心肌分化率。此外，研究還揭示腎上腺激素可通過α1亞型腎上腺素受體作用促進心臟祖細胞（CPCs）增殖，從而提高iPS-CM分化率。證明循環系統輸送的外源性激素在心臟發育分化過程中也發揮重要作用。脫細胞基質支架接種iPS-CM實驗結果發現：iPS分化出的心肌細胞無法在脫心臟脫細胞基質支架定植，無法形成具有收縮功能的心臟肌肉組織。說明單純使用iPS源心肌細胞灌流培養方法不適用於構建組織工程心肌。最後，研究還發現細胞外基質的三維立體空間結構可獨立影響iPSC分化過程中胞內wnt/β-catenin信號活性，有利於其向心肌方向分化。因此，在組織工程心肌構建工作中細胞外基質骨架的設計與構建也需要予以統籌考慮。總之，本課題從多個角度研究iPSC向心肌細胞分化的信號機制，並且進行了iPS源心肌細胞構建組織工程心肌初步嘗試，通過人工干預這些機制可以大幅提高iPSC向心肌細胞的分化效率，這為心肌梗死患者的心肌修復治療以及構建人工心臟提供了新的理論與實驗依據。
