科學家使用干細胞衍生的心肌細胞推進心臟再生治療

再生心臟療法涉及將心肌細胞移植到心臟受損區域以恢復失去的功能。然而，據報道，該手術后發生心律失常的風險很高。在最近的一項研究中，日本研究人員測試了一種新方法，該方法包括將由人類干細胞培養的“心臟球體”直接注射到受損的心室中。在靈長類動物模型中觀察到的高度積極的結果凸顯了該策略的潛力。

心血管疾病仍然是全世界死亡的首要原因之一，在發達國家尤其普遍。心肌梗塞（俗稱“心臟病發作”）呈上升趨勢，每年導致大量死亡。

心臟病發作通常會殺死數百萬心肌細胞，使心臟處于虛弱狀態。由于哺乳動物無法自行再生心肌細胞，因此心臟移植是目前對于患有（或可能患有）心力衰竭的患者唯一臨床上可行的選擇。鑒于全心臟移植費用昂貴且捐贈者難以獲得，替代療法受到醫學界的高度追捧也就不足為奇了。

一項不斷獲得關注的有前途的策略是使用人類誘導多能干細胞（HiPSC）進行再生心臟治療。簡而言之，HiPSC 是源自成熟細胞的細胞，可以有效地“重編程”成完全不同的細胞類型，例如心肌細胞（心肌細胞）。通過將源自 HiPSC 的心肌細胞移植或注射到心臟受損區域，可以恢復一些失去的功能。不幸的是，研究報告稱這種方法會增加心律失常的風險，給臨床試驗帶來主要障礙。

在最近的一項研究中，來自信州大學和慶應義塾大學醫學院的日本研究小組測試了一種再生心臟治療的新策略，其中包括將來自 HiPSC 的“心臟球體”注射到患有心肌梗塞的猴子體內。這項研究由信州大學再生科學與醫學系的 Yuji Shiba 教授領導，于 2024 年 4 月 26 日發表在《Circulation》雜志上。

該團隊包括第一作者小林秀樹、信州大學醫學院心血管內科的桑原晃一郎、以及慶應義塾大學醫學院心血管內科的遠山修吾、福田敬一等。在他們的新方法中，研究人員在培養基中培養 HiPSC，使其分化為心肌細胞。從培養物中仔細提取和純化心臟球體（三維心肌細胞簇）后，他們將大約 6 × 107 個細胞注射到食蟹獼猴（Macaca fasciculis）受損的心臟中。他們對動物的狀況進行了十二周的監測，定期測量心臟功能。隨后，他們在組織水平上分析了猴子的心臟，以評估心臟球體是否可以再生受損的心肌。

首先，研究小組驗證了 HiPSC 是否正確重編程為心肌細胞。他們通過細胞水平的電測量觀察到，培養的細胞表現出心室細胞典型的潛在模式。這些細胞對各種已知藥物也做出了預期的反應。最重要的是，他們發現這些細胞大量表達粘附蛋白，例如連接蛋白 43 和 N-鈣粘蛋白，這將促進它們的血管整合到現有的心臟中。

隨后，電池從慶應義塾大學的生產設施運往230公里外的信州大學。心臟球體保存在 4°C 的標準容器中，可以毫無問題地承受四個小時的旅程。這意味著將細胞運送到診所時不需要極端的低溫措施，這將使所提出的方法更便宜且更容易采用。

最后，猴子在受損的心室中直接注射心臟球體或安慰劑。在觀察期間，研究人員指出，心律失常非常罕見，治療組中只有兩人在前兩周出現短暫性心動過速（快速脈搏）。通過超聲心動圖和計算機斷層掃描檢查，研究小組證實，與對照組相比，接受治療的猴子的心臟在四周后具有更好的左心室射血，表明其泵血能力更佳。

組織學分析最終表明，心臟移植物已經成熟，并且與預先存在的組織正確連接，鞏固了之前的觀察結果。 “鑒于 HiPSC 衍生的心臟球體簡單的生成過程和有效性，它們有可能成為心臟再生心肌細胞產品的最佳形式，”助理教授 Kobayashi 評論道。 “我們相信這項研究結果將有助于解決細胞移植后出現的室性心律失常的重大問題，并將大大加速心臟再生治療的實現，”他進一步補充道。

盡管在猴子中進行了測試，但值得注意的是，本研究中使用的心臟球體生產方案是為人類臨床應用而設計的。 “迄今為止獲得的有利結果足以為我們的臨床試驗（稱為 LAPiS 試驗）開綠燈。我們已經在缺血性心肌病患者身上使用了相同的心臟球體，”助理評論道。小林教授。

讓我們都希望 LAPiS 試驗取得巨大成功，為心臟病患者擴大和有效的治療途徑鋪平道路。