【Advanced Science】美國得克薩斯大學奧斯汀分校學者發文：心肌細胞治療新發現

近日，美國得克薩斯大學奧斯汀分校學者在期刊《Advanced Science》上發表了研究論文，題為“Connexin 43-Enriched Vesicles Improve Synchronization in hiPSC-Derived Cardiomyocytes”，本研究中，研究人員研究了縫隙連接介導的細胞間通訊，并開發“連接體”，以增強細胞間的耦合。連接體顯示連接蛋白的正確取向，并在心肌細胞間的細胞邊界處豐富了 Cx43 的表達。機制研究證實，通道取向和功能至關重要，支持連接體有助于縫隙連接耦合的模型。這些結果表明，連接體可以通過增強電化學通訊來同步未成熟心肌細胞的跳動，為未來治療學的進展奠定了基礎。

從細胞到組織：誘導多能干細胞分化的新挑戰與電化學整合

01

在誘導多能干細胞（hiPSCs）向特定譜系分化以用于組織工程應用和細胞移植方面已取得重大進展。然而，下一個重大挑戰是從細胞向功能性工程組織轉變。功能性組織需要三維（3D）結構，細胞相互連接并能夠高效地進行信息傳遞。

這種細胞間通訊的基本形式之一是通過電化學偶聯實現的。電化學偶聯貫穿整個組織，對組織的穩態和協調生長至關重要。電化學整合的一個關鍵要求是細胞通過細胞間連接網絡相互連接。

連接體同步hiPSC-CMs的跳動

02

正如基于雙細胞電導的計算模型所預測的那樣，hiPSC-Connectosomes的治療顯著改善了第20天hiPSC-GCaMP-CMs的搏動同步性。未經處理的hiPSC-GCaMP-CMs的鈣瞬變即使在延長培養（長達8天）后仍保持不規則且不同步，這表明同步并非僅由培養時間所致。作為陰性對照，我們用從野生型 HeLa 細胞中收獲的合成囊泡處理了 hiPSC-GCaMP-CMs。由于 HeLa 細胞幾乎不含 Cx43，這些囊泡不被稱為 Connectosomes，且未能同步 hiPSC-GCaMP-CMs 的搏動，其 TPA 值的 MAD 與未處理細胞相當. 為了排除供體細胞來源的潛在影響，我們接下來用從工程化過表達Cx43的HeLa細胞（HeLa-Cx43YFP）中收獲的連接體處理hiPSC-GCaMP-CMs。HeLa-Cx43YFP-連接體使hiPSC-GCaMP-CM的跳動同步化，并導致TPA的MAD降低，其效果與hiPSC-連接體相當。定量分析顯示，hiPSC-連接體在處理后兩天內使TPA的MAD降低了68%，且這一趨勢持續至第8天。視頻展示了hiPSC-GCaMP-CMs在8天內的代表性視野，hiPSC-Connectosomes顯著改善了搏動同步性，表現為同步的鈣瞬變，而未處理細胞則表現出不規則、不同步的搏動。這些觀察結果表明，Connectosome膜上Cx43的富集，而非供體細胞的身份，是改善同步性的關鍵決定因素。為了評估Connectosome處理是否廣泛改變CM成熟標志物或興奮性，我們測量了特定標志物的表達：PITX2 和TNNI1/TNNI3，并使用FluoVolt量化了膜電位。在8天內未檢測到顯著差異，支持了Connectosomes的主要作用是通過Cx43依賴的耦合而非心肌細胞表型改變來介導的假說。

跳動hiPSC-CMs的同步性分析

結論

03

基于這些結果，未來的工作將驗證處理過的 CM 中連接蛋白的取向，并擴大對 CM 功能的分析。此外，對連接體進行系統的分析將進一步優化這一平臺，支持其持續發展和臨床轉化。

參考資料：

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

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