过程使干细胞衍生的心脏细胞亮起

宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现了一种更快，更具成本效益，更准确的检测人多能干细胞衍生心肌细胞有效性的方法。

人类多能干细胞(hPSCs) - 人胚胎干细胞和诱导多能干细胞 - 可通过干细胞分化诱导产生其他类型的人类细胞。在这项研究中，研究人员研究了心肌细胞 - 心肌细胞(CMs)。

目标是使用这些细胞来治疗心脏病，但首先研究人员必须通过表征来确定细胞的功能，包括检查细胞的修饰程度，以及它们是否是成熟的，功能正常的CM。细胞运作的一个明显迹象是它们是否在跳动，因为CM像心脏一样跳动。目前用于确定功能的方法包括使用力传感器，其研究单个肌细胞的力学，并使用钙成像。但是，这些方法存在问题。

“来自hPSCs的CM对于心脏病的细胞疗法具有巨大潜力，”生物医学工程助理教授兼该项目初级研究员Xiaojun Lance Lian说。“尽管如此，目前用于CM表征的方法会对电池的功能产生不良影响，并且成本高昂且耗时。”

为了解决这些问题，Lian和他的同事们开发了一个非侵入性的过程，不太可能反过来影响CM的功能。研究人员使用CRISPR-Cas9(一种基因组编辑工具)生成钙指示报告干细胞系，这是一种干细胞系，比其他干细胞系更容易分析CM功能。

为了创建这种干细胞系，在干细胞分化为CM之前，研究人员使用CRISPR-Cas9将称为GCaMP6s的钙指示蛋白插入干细胞。GCaMP6蛋白能够将干细胞修饰成CM，可以通过荧光强度直接表征。荧光强度与通过视频显微镜分析检测到的机械应变相关。该分析显示细胞对心脏药物的反应。

“我们的系统已经成熟，具有成本效益且非常敏感，因此它是一种更先进的CM表征方法，”Yuqian Jiang，生物医学工程博士生。“由于它是非侵入性的，因此对于CM及其功能来说也更好。”

Lian说，由于该系统的诸多益处，该过程可进一步促进改善疾病模型和治疗心脏疾病的药物筛选。展望未来，研究人员希望通过添加多西环素来构建GCaMP6s蛋白的“开关”，这将激活称为Tet-On的切换蛋白。

研究小组还在探索将这种特殊的GCaMP6s增强干细胞系用于其他研究。“我们还可以利用这种干细胞系对其他谱系进行成像，如神经元和星形胶质细胞，”江说。