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科學(xué)家在威斯康辛大學(xué)干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)研究所研究心臟干細(xì)胞。圖片來源：邁克爾·麥卡錫
科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然
美國威斯康辛大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究人員設(shè)計(jì)了不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的心律失常的干細(xì)胞，排除了心臟干細(xì)胞療法的主要障礙。研究結(jié)果發(fā)表在最新一期《細(xì)胞·干細(xì)胞》雜志上。
為了創(chuàng)建治療性心臟細(xì)胞，研究人員使用了多能干細(xì)胞。從2012年到2018年，團(tuán)隊(duì)成功地將多能干細(xì)胞注射到受損的心壁中，以制造新的肌肉來替代在梗死期間丟失的肌肉。動(dòng)物研究表明，移植的細(xì)胞會(huì)與心肌整合，與其他心臟細(xì)胞同步跳動(dòng)并改善心臟的收縮力。但是這些研究中都發(fā)現(xiàn)了并發(fā)癥。在植入的最初幾周，心臟往往以危險(xiǎn)的高頻率跳動(dòng)。
在成熟的心臟中，心率由稱為起搏細(xì)胞的特殊細(xì)胞調(diào)節(jié)。這些細(xì)胞定期產(chǎn)生電信號(hào)，誘導(dǎo)其他心臟細(xì)胞收縮。在起搏細(xì)胞中，電壓從負(fù)（復(fù)極化）到正（去極化）來回循環(huán)。研究人員將其比作一個(gè)節(jié)拍器，正離子通過這些通道在細(xì)胞內(nèi)快速進(jìn)出。這種復(fù)極化和去極化循環(huán)發(fā)生的速率決定了心率。
研究人員使用了RNA測(cè)序技術(shù)來找出在細(xì)胞成熟的不同時(shí)間產(chǎn)生了哪些離子通道。測(cè)序顯示，某些類型的離子通道出現(xiàn)在發(fā)育早期，然后隨著細(xì)胞成熟而消失，而其他類型的離子通道出現(xiàn)在發(fā)育后期。
為了確定哪些離子通道是攜帶引起心律失常的電流的罪魁禍?zhǔn)祝茖W(xué)家們使用基于CRISPR的基因組編輯技術(shù)敲除去極化基因或激活復(fù)極化基因。他們創(chuàng)建了一個(gè)干細(xì)胞系，其中3個(gè)去極化基因被敲除，一個(gè)復(fù)極化基因被激活。
由這些干細(xì)胞產(chǎn)生的心肌細(xì)胞是電靜止的，就像成人心肌一樣，但是當(dāng)給予電信號(hào)時(shí)它們會(huì)收縮以模仿自然起搏。這些心肌細(xì)胞植入心臟后，成熟為成體細(xì)胞，電整合到心肌中，并與自然起搏同步跳動(dòng)，所有這些都不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的心率。
研究人員表示，這是心臟再生的必要條件。雖然還需要對(duì)工程細(xì)胞進(jìn)行額外的測(cè)試，但他們已克服了再生人類心臟的最大障礙。
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