【Advanced Science】美国得克萨斯大学奥斯汀分校学者发文：心肌细胞治疗新发现

近日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校学者在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Connexin 43-Enriched Vesicles Improve Synchronization in hiPSC-Derived Cardiomyocytes”，本研究中，研究人员研究了缝隙连接介导的细胞间通讯，并开发“连接体”，以增强细胞间的耦合。连接体显示连接蛋白的正确取向，并在心肌细胞间的细胞边界处丰富了 Cx43 的表达。机制研究证实，通道取向和功能至关重要，支持连接体有助于缝隙连接耦合的模型。这些结果表明，连接体可以通过增强电化学通讯来同步未成熟心肌细胞的跳动，为未来治疗学的进展奠定了基础。

在诱导多能干细胞（hiPSCs）向特定谱系分化以用于组织工程应用和细胞移植方面已取得重大进展。然而，下一个重大挑战是从细胞向功能性工程组织转变。功能性组织需要三维（3D）结构，细胞相互连接并能够高效地进行信息传递。

这种细胞间通讯的基本形式之一是通过电化学偶联实现的。电化学偶联贯穿整个组织，对组织的稳态和协调生长至关重要。电化学整合的一个关键要求是细胞通过细胞间连接网络相互连接。

正如基于双细胞电导的计算模型所预测的那样，hiPSC-Connectosomes的治疗显著改善了第20天hiPSC-GCaMP-CMs的搏动同步性。未经处理的hiPSC-GCaMP-CMs的钙瞬变即使在延长培养（长达8天）后仍保持不规则且不同步，这表明同步并非仅由培养时间所致。作为阴性对照，我们用从野生型 HeLa 细胞中收获的合成囊泡处理了 hiPSC-GCaMP-CMs。由于 HeLa 细胞几乎不含 Cx43，这些囊泡不被称为 Connectosomes，且未能同步 hiPSC-GCaMP-CMs 的搏动，其 TPA 值的 MAD 与未处理细胞相当. 为了排除供体细胞来源的潜在影响，我们接下来用从工程化过表达Cx43的HeLa细胞（HeLa-Cx43YFP）中收获的连接体处理hiPSC-GCaMP-CMs。HeLa-Cx43YFP-连接体使hiPSC-GCaMP-CM的跳动同步化，并导致TPA的MAD降低，其效果与hiPSC-连接体相当。定量分析显示，hiPSC-连接体在处理后两天内使TPA的MAD降低了68%，且这一趋势持续至第8天。视频展示了hiPSC-GCaMP-CMs在8天内的代表性视野，hiPSC-Connectosomes显著改善了搏动同步性，表现为同步的钙瞬变，而未处理细胞则表现出不规则、不同步的搏动。这些观察结果表明，Connectosome膜上Cx43的富集，而非供体细胞的身份，是改善同步性的关键决定因素。为了评估Connectosome处理是否广泛改变CM成熟标志物或兴奋性，我们测量了特定标志物的表达：PITX2 和TNNI1/TNNI3，并使用FluoVolt量化了膜电位。在8天内未检测到显著差异，支持了Connectosomes的主要作用是通过Cx43依赖的耦合而非心肌细胞表型改变来介导的假说。

跳动hiPSC-CMs的同步性分析

基于这些结果，未来的工作将验证处理过的 CM 中连接蛋白的取向，并扩大对 CM 功能的分析。此外，对连接体进行系统的分析将进一步优化这一平台，支持其持续发展和临床转化。

参考资料：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202521032