自这一发现以来，研究人员反复证明了诱导多能干(iPS)细胞产生的分化细胞和组织的潜在医学应用。然而，现实世界医学应用的一个重大障碍与用于培养和诱导iPS细胞分化的细胞类型的基质有关。

设计一种用于诱导多能干细胞生肌分化的新型基质

特别是，虽然已经报道了从iPS细胞生成肌细胞和肌肉干细胞(MuSC)的分化方案，但它们的效率仍然相对较低，并且需要使用一种流行的动物源性基质(称为基质胶)。

展望未来，需要更有效的诱导方案并转向能够确保成本效益、可重复性和安全性的无异源(不含动物源性产品)基质。

为此，来自日本的一个合作团队结合了他们的专业知识，设计并验证了一种新的重组细胞外基质蛋白，称为新一代层粘连蛋白片段(NGLF)，用于将iPS细胞分化为肌肉细胞谱系。

该研究结果于2024年4月29日发表在《AdvancedScience》上。

先前的研究已将重组层粘连蛋白E8(LM-E8)片段确定为iPS细胞培养的最小底物，但它们不支持肌原性分化。为了鉴定能够支持iPS细胞生成肌细胞和MuSC的LM-E8变体，研究小组测试了具有不同成分的各种层粘连蛋白，但发现它们仅支持极低水平的肌原性分化。

研究人员推断，基底膜蛋白聚糖是一种多功能硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)核心，在基质胶中具有多个硫酸乙酰肝素链，可能对其支持最佳iPS细胞维持和分化所需的各种分子相互作用的能力至关重要，因此设计了一种附着在LM-E8上的LM-E8载体。至具有三个HS链的基底膜蛋白结构域1(D1-HS)。

研究人员通过将这种修饰附加到LM-E8变体的C末端，观察到肌源分化的显着改善。特别是，p421亚型表现出最好的改进，甚至比Matrigel还要好，因此研究人员专注于使用这种亚型来生成肌细胞和MuSC。

通过检查不同阶段的分化标记(即原条(PS)、轴旁中胚层(PM)和皮肌节(DM))，研究小组证实，NGLF不仅在促进阶段特异性方面优于相应的LM-E8变体与标记基因表达相比，p421始终支持比任何其他测试的NGLF更好的分化。

值得注意的是，研究人员发现p421专门支持向PM阶段的分化，因为在PM形成后没有观察到p421的有益作用。此外，使用肝素酶(降解HS链)和surfen(抑制HS介导的相互作用)，他们推断出p421的有益作用主要来自HS部分。

此外，通过阻断多种信号传导受体及其下游细胞内效应器，他们确定p421主要通过bFGF-FGFR-EGF途径促进PM诱导。基因表达分析进一步表明，该信号支持HOX基因表达，促进未分化的iPS细胞进入PS阶段。

为了证明LM-E8和D1-HS之间缀合方向的重要性，研究人员通过将HS部分连接到LM-E8的β链或γ链的N末端来生成p421变体。尽管这些变体增加了阶段特异性标记基因的表达，但相比之下，p421显示出更强的效果。

根据这些发现，研究小组得出结论，p421可能通过使HS结合的FGF更接近细胞表面来促进FGFR二聚化，从而帮助FGFR信号传导。

最后，为了说明p421如何改善肌源性分化并克服困扰当前诱导方案的不一致问题，研究小组针对两种形式的肌营养不良症(杜氏肌营养不良症(DMD)和三好肌病(MM))生成了疾病和对照iPS细胞系。

正如预期的那样，p421支持大大改善所有检查的iPS细胞系的肌原性分化。此外，研究人员发现p421改善了几种常用培养基的生肌分化。

总之，研究小组成功创建了一种重组蛋白多糖底物，可显着增强肌原性分化，并证明了其潜在机制。

希望NGLF将有助于建立高效、无异源的分化方案，以生成iPS细胞衍生的肌肉细胞谱系，用于针对各种肌病的医疗应用。