新的细胞疗法帮助心脏恢复，无需植入细胞

心脏病是全球主要的健康问题。仅在美国，心肌梗塞每年就影响100多万人，而目前仍没有有效的治疗方法。成年人的心脏在受伤后不能自我再生，而心肌细胞(即心肌细胞)的死亡会不可逆转地削弱心脏，限制其泵血能力。

研究人员将研究重点转向干细胞移植，以替代心肌细胞和恢复心脏功能，但研究表明，植入的干细胞细胞难以存活和分化成心肌细胞来修复受损肌肉。当干细胞在植入前分化为心肌细胞时，心脏功能有所改善，但有一个并发症:植入的心肌细胞不能与心脏同步收缩，从而导致潜在致命的心律失常(心律异常)。

由生物医学工程教授Gordana Vunjak-Novakovic领导的哥伦比亚大学研究小组设计了一种创造性的新方法，通过应用心肌细胞分泌的细胞外囊泡而不是移植细胞来帮助受伤的心脏再生。这项研究今天在网上发表生物医学工程，表明心肌细胞来源于人多能干细胞(反过来从一小部分血液样本中提取)可能是一种强大的、尚未开发的治疗性微泡的来源，可能导致对受损心脏的安全有效治疗。

细胞分泌的微囊泡很容易分离，可以长期冷冻和储存。与细胞疗法相比，这种“现成”的产品有几个主要优势:1)它可以立即用于急性护理环境，不像细胞需要数月才能分离和生长;2)不会引起心律失常(细胞移植时常发生心律失常);3)临床应用的调控路径比基于细胞的治疗要简单得多。

从大量的临床研究中我们都知道，大多数植入的干细胞在治疗后的几个小时内就被冲走了，但仍然有有益的效果。这导致了非正式的“打了就跑”假说，意思是细胞在离开受伤部位之前就把它们的调节分子运送出去了。“与这个假设一致，我们假设心脏细胞治疗的好处可能来自于分泌的生物活性分子(如微rna)，而不是细胞本身，”Vunjak-Novakovic说，他是该研究的高级作者，大学教授，哥伦比亚大学工程米卡提基金会教授，哥伦比亚大学瓦格洛斯医学院的医学教授。“因此，我们探索了细胞治疗受伤心脏的益处是否可以在不使用细胞的情况下实现。通过这种方式，我们将在很大程度上简化转化到临床，并避免与植入收缩细胞相关的心律失常的负担。”

几乎所有的细胞都分泌和吸收微小的胞外囊泡，这些囊泡充满了可以影响受体细胞的遗传信息。这些细胞外囊泡就像字母一样，细胞自然地使用它们与身体内或近或远的邻居交流。

“我们推断，心肌细胞将是驱动受伤心脏恢复的分子的最佳来源，因为众所周知，当这些细胞用于组织工程模型时，可以形成肌肉，”该论文的联合第一作者、哥伦比亚工程学系的博士/博士候选人Bohao Liu说生物医学工程．“我对我们有希望的结果感到非常兴奋，我相信无细胞疗法代表着在开发安全有效的梗死心脏治疗方法的正确方向上迈出了一步。”

包括生物工程师、临床医生和系统生物学科学家在内的跨学科团队从成人干细胞中提取心肌细胞，并培养这些细胞，使它们能够分泌细胞外囊泡。用未分化干细胞分泌的囊泡进行比较。然后，研究人员使用下一代测序技术来读取它们的信息和指令。他们发现来自心肌细胞的胞外囊泡——而不是来自干细胞的囊泡——含有心源性和血管源性的microrna，这是非常强大的调节分子。

基于Vunjak-Novakovic实验室在生物材料和水凝胶方面的专业知识，该团队将囊泡封装在基于胶原蛋白的贴片中，在植入心肌梗死大鼠受伤心脏模型时，在四周的过程中缓慢释放囊泡。研究人员通过监测心脏来测量血液泵功能，并寻找任何心律失常的迹象。

Vunjak-Novakovic说:“我们非常兴奋地发现，使用心肌细胞外囊泡治疗的心脏不仅心律失常减少了很多，而且它们还最有效、最彻底地恢复了心功能。”“事实上，在治疗4周后，细胞外囊泡治疗过的心脏与从未受伤的心脏具有相似的心脏功能。”

该团队下一步计划确定，随着多能性心肌细胞的成熟，细胞外囊泡的特性会发生多大的变化干细胞的最佳发展阶段或成熟程度是什么心肌细胞最大化治疗效果。他们也在探索在这项研究中观察到的治疗效果背后的具体机制。

“一旦我们更好地了解细胞外囊泡是如何发挥作用的，”Vunjak-Novakovic补充说，“我们应该能够将其应用到一系列心血管疾病中，并显著推进无细胞治疗领域。心疗法”。