Nature Communications：电刺激可以调节和同步新生心脏细胞的跳动属性
查字典生物网
2016-01-29
根据一项发表于《NatureCommunications》期刊的新研究，哥伦比亚大学工程研究人员首次发现，电刺激生成自干细胞的人类心肌细胞（cardiomyocytes），能够辅助其发育和功能。这项研究由生物医学工程和医学科学教授GordanaVunjak-Novakovic领导，研究团队使用所设计的电信号（模拟发育心脏中的信号）来调节和同步新生心肌细胞的跳动属性。
心血管疾病是全世界的主要健康问题之一，尤其是心脏不能自我修复：如果心肌细胞因为损伤或疾病而丢失，它们的再生能力非常微弱。科学家们一直试图开发新的方法，通过使用生长自患者皮肤和血液细胞的心肌细胞来再生心脏。
要取得成功，这些心肌细胞就需要响应和整合到周围的心肌。但是，目前衍生自干细胞的人类心肌细胞存在不成熟和跳动不规则问题，这限制了它们在再生医学和生物学研究中的效用。
"我们取得了令人兴奋的发现"Vunjak-Novakovic说，"我们应用电刺激使这些细胞成熟，调节它们的收缩功能，并提高它们相互联系的能力。事实上，我们"训练"这些细胞采用心脏的跳动模式，改善重要心脏蛋白质的组织，并帮助这些细胞变得更具有成体-样。这种预处理是生成强健细胞的重要步骤，对广泛的应用领域都是有用的，包括心肌细胞生物学、药物测试和干细胞疗法研究。我们认为我们的方法可能减少以细胞为基础的心脏再生过程中的心律失常。"
该研究共同领导作者GeorgeEng和BenjaminLee最近获得了生物工程医学系的博士学位，同时是医学博士研究生。研究团队从人类干细胞生成了心肌细胞，并将它们设计成三维结构。然后，他们使用电信号刺激这些结构，所使用的电信号模拟自一周大健康心脏中的电信号。他们表明，这种电刺激增加了心肌细胞的连接和肌肉收缩的规则性。
研究人员计划开展关于未成熟心脏如何发展其跳动功能的基础研究，同时调查这些"经调整处理的"心肌细胞是否有能力无缝整合到心脏肌肉并提供同步的跳动功能。
"心脏器官包含大约30亿细胞，这些细胞响应电信号而同步跳动，这其中的复杂性令人惊异"Vunjak-Novakovic说，"我们使用生物工程工具来概括生物学的能力将继续推动我们的工作，并成为灵感的源泉。我们经常认为，这可能是有史以来追求生物医学工程研究的最佳时间！"
Lee补充道："作为一名工程和医学学生，我对如何将这些经电调整处理的心肌细胞用于临床特别感兴趣。"
