华盛顿大学研究人员设计的干细胞不会产生危险的心律失常

西雅图华盛顿大学医学院的研究人员设计了不会产生危险的心律失常的干细胞，这种并发症迄今为止阻碍了为受伤的心脏开发干细胞疗法的努力。

威斯康星大学干细胞与再生医学研究所ChuckMurry实验室的博士后研究员SilviaMarchiano说：“我们已经找到了使这些细胞安全必须解决的问题。”Marchiano是一篇论文的主要作者，该论文描述了4月6日星期四发表在《细胞干细胞》杂志上的研究结果。这项工作是与西雅图公司SanaBiotechnology合作完成的。

在之前的研究中，Murry的团队使用由干细胞产生的心肌细胞来修复心肌梗塞引起的心肌损伤。当流向心肌的血液受阻，从而导致心脏细胞死亡时，就会发生这种类型的心脏病发作。心脏细胞不会再生，因此受影响的肌肉会被疤痕组织取代。这会削弱心脏并削弱其泵血能力。严重的损伤会导致心力衰竭和死亡。

为了创建治疗性心脏细胞，西雅图研究人员使用了多能干细胞。与专门变成特定细胞类型的成体干细胞不同，多能干细胞可以变成体内任何类型的细胞。

从2012年到2018年，西雅图团队成功地将多能干细胞注射到受损的心壁中，以制造新的肌肉来替代在梗死期间丢失的肌肉。在动物研究中，他们表明移植的细胞会与心肌整合，与其他心脏细胞同步跳动并改善心脏的收缩力。这些发现表明，干细胞疗法有可能用于挽救受损的心脏。

但是有一个主要的并发症。在植入的最初几周，心脏往往以危险的高频率跳动。除非找到一种方法来预防或抑制这个问题，否则干细胞不能成为治疗心肌梗塞和心力衰竭的安全方法。

在成熟的心脏中，心率由称为起搏细胞的特殊细胞调节。这些细胞定期产生电信号，诱导其他心脏细胞收缩。

在起搏器细胞中，电压从负(超极化)到正(去极化)来回循环。Murry将其比作一个节拍器，正离子通过这些通道在细胞内快速进出。这种复极化和去极化循环发生的速率决定了心率。

然而，在早期胚胎心脏中，该系统尚未发育，其中相对较少的细胞已成为专门的起搏细胞，而其余细胞已成为静止收缩细胞。所有的细胞都是起搏器。Murry和他的同事怀疑移植的干细胞表现得像早期胚胎细胞一样，混乱地产生信号并引起危险的心律。

为了找出导致这些细胞出现这种行为的原因，研究人员使用了一种称为RNA测序的技术来找出在细胞成熟的不同时间产生了哪些离子通道。测序显示，某些类型的离子通道出现在发育早期，然后随着细胞成熟而消失，而其他类型的离子通道出现在发育后期。就像一个正在展开的谜团，这给了研究人员他们的嫌疑人名单。

为了确定哪些离子通道是携带引起心律失常的电流的罪魁祸首，科学家们使用基于CRISPR的基因组编辑系统地敲除去极化基因或激活复极化基因。这被证明非常复杂。他们假设会有一个离子通道导致心律失常，但单基因编辑都没有消除快速心律。然后，研究人员通过进行双重和三重基因编辑，进行了“玩组合”的艰苦过程。令人烦恼的是，这些编辑都没有消除心律失常，有些似乎使情况变得更糟。

最后，科学家们创建了一个干细胞系，其中三个去极化基因被敲除，一个复极化基因被激活。成功了。由这些干细胞产生的心肌细胞是电静止的，就像成人心肌一样，但是当给予电信号时它们会收缩以模仿天然起搏器。研究人员将这些细胞称为“美杜莎”(用于修饰电生理DNA以了解和抑制心律失常)。MEDUSA心肌细胞植入心脏，成熟为成体细胞，电整合到心肌中，并与自然起搏同步跳动，所有这些都不会产生危险的心率。Murry说，这是心脏再生的必要条件。

Murry警告说，还需要对工程细胞进行额外的测试，但他补充说，“我认为我们已经克服了再生人类心脏的最大障碍。”