iPS細胞外泌體治療可改善心臟病發作的康復

在一項臨床前研究中，外泌體治療可改善心臟病發作后的康復。阿拉巴馬大學伯明翰分校的研究人員對豬的研究表明，使用由心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的混合物自然產生的外泌體——這些細胞均來自人類的誘導多能干細胞（iPSC或iPS細胞）——產生的再生益處與注射的人類誘導多能干細胞相當-心臟細胞。

科學早就知道，通過注射心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的混合物可以改善實驗性心臟病發作的恢復，但結果受到植入和保留不良的限制，研究人員擔心潛在的腫瘤發生和心律失常。

現在對豬的研究表明，使用由心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的混合物自然產生的外泌體——它們都來自人類誘導多能干細胞——產生的再生益處相當于注射的人類誘導的多能干細胞細胞-心臟細胞，或 hiPSC-CC。

外泌體是膜結合的細胞外囊泡，含有生物活性蛋白、RNA 和 microRNA。眾所周知，外泌體參與細胞間通訊，并且它們被積極研究為潛在的臨床療法。

“hiPSC-CC 外泌體是無細胞的，因此，醫生可以利用 hiPSC 衍生細胞的心臟保護和修復特性，同時避免與致瘤風險、細胞儲存、運輸和免疫排斥相關的復雜性，”Ling Gao 博士說。相關研究發表在《科學轉化醫學》Science Translational Medicine上。

因此，由 hiPSC 衍生的心肌細胞分泌的外泌體改善了心肌恢復，而不會增加致心律失常并發癥的頻率，并可能為心肌損傷提供一種無細胞治療選擇。

在UAB，高是UAB醫學院和UAB工程學院聯合部門生物醫學工程的博士后研究員。張是系主任。

對大型動物的研究對于識別、表征和量化對潛在治療的反應是必要的。在本研究之前，hiPSC-CC 外泌體用于心臟治療的可行性僅在小鼠模型和體外研究中得到證實。

在阿拉巴馬大學伯明翰分校（ UAB ）實驗中，患有實驗性心臟病發作的幼豬將三種治療方法中的一種注射到受損的心肌中：1）源自人類誘導多能干細胞的心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞的混合物，2）從這三種細胞中提取的外泌體細胞類型，或 3) 三種細胞類型的均質片段。

研究人員從豬研究中獲得了兩個主要發現。首先，他們發現用 hiPSC-CC、hiPSC-CC 片段或 hiPSC-CC 外泌體治療的動物的左心室功能、梗塞面積、壁應力、心臟肥大、細胞凋亡和血管生成的測量結果與接受 hiPSC-CC 片段或 hiPSC-CC 外泌體治療的動物相似且顯著改善。在沒有任何三種實驗處理的情況下恢復。其次，他們發現外泌體治療不會增加心律失常的頻率。

在培養中生長的細胞或主動脈環的實驗中，他們發現由 hiPSC-CC 產生的外泌體促進了培養的內皮細胞和分離的主動脈環中的血管生長。此外，外泌體通過減少稱為細胞凋亡的程序性細胞死亡和維持細胞內鈣穩態來保護培養的 hiPSC 心肌細胞免受無血清低氧培養基的細胞毒性作用，這對心臟電導率具有直接的有益作用。外泌體還增加了細胞 ATP 含量，這是有益的，因為據信細胞 ATP 代謝缺陷會導致左心室肥大和心力衰竭患者的心臟功能進行性下降。

研究人員還發現，這些體外有益作用中的一些也可以通過在 hiPSC-CC 外泌體中發現的 15 種最豐富的 microRNA 的合成模擬物來介導。研究人員指出，關于 microRNA 在臨床應用中的潛在作用的知識還遠未完成。

Journal Reference:

1. Ling Gao, Lu Wang, Yuhua Wei, Prasanna Krishnamurthy, Gregory P. Walcott, Philippe Menasché, Jianyi Zhang.?Exosomes secreted by hiPSC-derived cardiac cells improve recovery from myocardial infarction in swine.?Science Translational Medicine, 2020; 12 (561): eaay1318 DOI:?10.1126/scitranslmed.aay1318