西奈山领导的一个团队开发了一种可重复且可扩展的方法来促进人类多能干细胞衍生的心肌细胞 (hPSC-CM) 的成熟 - 支持心肌收缩的细胞，在实验室中由人类干细胞系产生 - 研究人员说将改进疾病建模、再生疗法和药物测试的方法。一项报告这一新方案的研究发表在 4 月 7 日的《细胞干细胞》杂志印刷版上。
西奈山研究人员调查了 hPSC-CM 中的多种代谢修饰。研究小组还确定了被称为过氧化物酶体增殖物激活受体 delta (PPARd) 的蛋白质在诱导实验室生成的心肌细胞中所谓的代谢开关中的作用。这种代谢转换是心脏成熟过程的关键部分。
“这项工作将创造令人兴奋的机会，通过结合发育生物学、转录组学、收缩测量和药物测试的多学科方法进一步评估人类心脏生物学，”资深作者、发育细胞学副教授 Nicole C. Dubois 博士说西奈山伊坎医学院的黑人家庭干细胞研究所和明迪奇儿童健康与发展研究所的再生生物学。“我们的研究结果为产生用于疾病建模和再生治疗的成熟 hPSC-CMs 提供了一条新途径。我们正朝着了解如何利用我们对人类发育的知识来改善对成熟人类细胞类型的访问迈进了一步。”
在这项研究中，研究人员在体外激活了不同的信号通路，以复制生物体心脏发育过程中可能发生的代谢变化。他们发现 PPARd 在实验室环境中诱导从糖酵解到脂肪酸氧化的代谢转变，从而影响心肌细胞是从葡萄糖还是脂肪酸中产生能量。虽然蛋白质过氧化物酶体增殖物激活受体 α (PPARa) 的信号传导作用在心肌细胞中最为活跃，但研究人员表示，PPARd 信号传导在有效激活基因调控网络、增加心肌细胞的数量和组织方面具有单独且重要的作用。参与能量生产的细胞器，并增强脂肪酸氧化过程。由 PPARd 调节的信号激活可以进一步增强心肌细胞的大小和组织，并提高收缩力，这是心脏成熟的所有标志。
研究小组还研究了乳酸暴露的影响，在没有葡萄糖的情况下，心肌细胞能够在乳酸上存活。这经常用于丰富 hPSC-CM。研究人员发现，这种方法可以诱导一种独立的心脏成熟机制，并且当与 PPARd 结合使用时，它可以增强氧化代谢，从而可以从碳水化合物和脂肪酸中有效地产生能量。这项研究允许对心肌领域常用方案的长期影响进行详细分析。
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