研究人员揭示了心脏病发作后重新开始心肌细胞复制的新方法

在包括人类在内的哺乳动物中，使心脏肌肉收缩并使其击打的细胞在受伤后不会再生。心脏病发作后，这些心脏肌肉细胞会急剧消失，生存的心肌细胞无法有效复制。由于这些被称为心肌细胞的收缩细胞数量较少，每次搏动时心脏泵血量减少，导致与心脏病有关的死亡率增加。

现在，宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院和佩雷尔曼医学院的研究人员已经使用小鼠模型来展示一种在现有心肌细胞中重新开始复制​​的新方法：一种可注射的凝胶，可以将称为microRNA的短基因序列缓慢地释放到心脏肌肉。

尽管心肌细胞不能再生的原因还不完全清楚，但研究人员使用了靶向与细胞增殖有关的信号通路的微小RNA，并能够抑制一些固有的“停止”信号，使心肌细胞不能复制。这导致心肌细胞重新激活其增殖潜力。

随着更多的心脏细胞分裂和再生，心脏病发作后使用该凝胶治疗的小鼠显示出在关键的临床相关类别中改善的恢复。

该研究由医学教授Edward Morrisey领导，宾州医学院Penn再生医学研究所细胞与分子生物学研究组成员和科学主任; Penn Engineering生物工程教授Jason Burdick; Burdick实验室的研究生Leo Wang; 和Morrisey实验室的博士后研究员刘颖。

它发表在“ 自然生物医学工程 ”杂志上。

过去已经研究了基于微RNA的疗法，但是将正确的剂量提供给正确的位置一直是一个挑战。

Morrisey说：“生物药物反应非常快。“我们最后使用的microRNA不到8个小时就在血液中，所以具有很高的局部浓度具有很强的优势。”

他们的短寿命意味着，如果系统地治疗患者，他们将需要经常大剂量注射，以确保足够量的microRNA到达他们的目标在心脏。而且由于这些microRNA被设计用于促进细胞增殖，所以会有产生肿瘤，脱靶效应的风险。

Morissey实验室研究涉及心脏和肺部发育和再生的信号传导途径，而Burdick实验室在设计用于药物递送的生物相容性材料方面具有经验。两个小组合作寻找获得microRNAs到心肌细胞的最佳方法，并让它们持续足够长的时间才能有效。

Burdick说：“我们希望为特定的药物和应用设计合适的材料。“这种凝胶最重要的特性是剪切变薄和自愈，剪切变薄意味着它具有可以在机械应力下破裂的粘合剂，使其变得更加流畅，并允许它通过注射器或导管流动。愈合意味着当这种压力消除后，凝胶的结合就会重新形成，使其在心肌内停留。

在封装的同时，微RNA也被保护免于降解，最大限度地延长了它们能够有效的时间，而没有它们侵入脱靶细胞的风险。

“有可能是一个时间窗口，心肌细胞容易受到这种刺激 - 可能在受伤后的一两个星期，”Morrisey说。“我们希望在短时间内促进扩散，然后停止。”

为了测试他们的凝胶，研究人员使用了三种类型的小鼠模型。

第一组是正常的，健康的小鼠。注射凝胶后的几天内，它们的心脏组织显示心肌细胞增殖的生物标志物增加。

第二组是“五彩纸屑小鼠”，所谓的“五彩纸屑小鼠”，因为它们是基因工程的，使得它们具有随机表达四种不同荧光蛋白中的一种的单个心肌细胞。这些荧光标记使研究人员可以看到，单个心肌细胞确实是在响应microRNA凝胶处理而分裂的。研究人员在诱发小鼠心脏病发作并引入microRNA凝胶之后，可以看到单个红色，黄色或绿色的心肌细胞已经变成了簇，范围从2到8个相同颜色的细胞。

第三组是其中也诱发心脏病发作的小鼠，从而可以研究治疗的临床相关结果。与对照相比，这些小鼠表现出改善的恢复，包括更高的射血分数 - 每次搏动的血液更多 - 心脏尺寸增加更小。扩大的心脏是心脏病发作的常见后果，其扩张区域由非收缩性瘢痕组织组成。

在小鼠中取得了令人鼓舞的成果，研究人员的下一步工作将涉及体外测试人类心脏细胞，并在更多类似人类的心脏（如猪）的动物中进行生理学实验。

研究人员认为，这种微RNA-凝胶方法不仅仅是延长寿命的一种潜在的治疗手段，它代表了精确再生医学的一条新的，更直接的途径。

Burdick说：“我们看到了再生医学方法的改变，使用干细胞输送的替代方法。“在这里，我们不是引入新的细胞，可能会有自己的传送挑战，而只是开启细胞内的修复机制，以挽救在心脏和其他组织中受伤的细胞。”