美國(guó)希達(dá)思西奈心臟研究所的科研人員通過(guò)注入單個(gè)Tbx18基因,，對(duì)普通心臟細(xì)胞進(jìn)行重新編程，使其成為了高度專(zhuān)業(yè)化的“生物起搏器”,。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在當(dāng)日的《自然·生物技術(shù)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上,。
雖然之前的研究已制成原始的生物起搏器，但此次研究卻首次展示了單個(gè)基因能直接將心肌細(xì)胞重編成專(zhuān)門(mén)的起搏細(xì)胞,。新細(xì)胞能自發(fā)生成電脈沖,，與天然起搏細(xì)胞無(wú)異。
起搏細(xì)胞產(chǎn)生的電活動(dòng),，能夠在規(guī)律的模式下蔓延至其他心臟細(xì)胞,，形成有節(jié)奏的肌肉收縮。這些細(xì)胞一旦出錯(cuò),，心臟跳動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)律的現(xiàn)象,。通常情況下，接受心臟手術(shù)的患者會(huì)將電子起搏器看作自身存活的唯一選擇,。而研究人員表示,，成功構(gòu)建生物起搏器是他們10年研究的大成，其可成為電子起搏器的替代選擇,。
心跳源于竇房結(jié)（SAN）,，其位于右心房外膜上，起搏細(xì)胞也聚集于此,。在100億心臟細(xì)胞中,，只有不到1萬(wàn)為起搏細(xì)胞，其也常被稱(chēng)為SAN細(xì)胞,。研究人員使用設(shè)計(jì)過(guò)的病毒來(lái)攜帶單個(gè)Tbx18基因,，這在胚胎起搏細(xì)胞的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。一旦經(jīng)由Tbx18基因重新編程,，就會(huì)形成新的起搏細(xì)胞,，即誘導(dǎo)SAN細(xì)胞或是iSAN細(xì)胞。無(wú)論是在細(xì)胞重編過(guò)程中還是基于豚鼠的應(yīng)用,，新細(xì)胞都呈現(xiàn)出所有天然起搏細(xì)胞應(yīng)有的關(guān)鍵特征,，并保持了與SAN類(lèi)似的特性，即使是在Tbx18基因的效用褪盡之后。
此前研究生成的新的起搏細(xì)胞也能使心肌細(xì)胞自發(fā)舒張收縮,，但改進(jìn)過(guò)的細(xì)胞更接近普通肌肉細(xì)胞,，而非起搏細(xì)胞。其他由胚胎干細(xì)胞獲取起搏細(xì)胞的途徑則存在著因污染形成癌細(xì)胞的風(fēng)險(xiǎn),。而最新的研究采取了十分簡(jiǎn)單的方式,，就制成了與天然起搏細(xì)胞十分近似的起搏細(xì)胞，同時(shí)無(wú)需擔(dān)心罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn),。
如果之后的研究確認(rèn)并支持對(duì)于起搏細(xì)胞的科研發(fā)現(xiàn),，科學(xué)家將通過(guò)把Tbx18基因注入病患心臟或先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制成起搏細(xì)胞，再將其植入病患心臟內(nèi)兩種方式開(kāi)展治療,。但仍需進(jìn)行額外的安全測(cè)試和效用檢測(cè),，才能進(jìn)入人體臨床試驗(yàn)階段。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nbt.2465
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Direct conversion of quiescent cardiomyocytes to pacemaker cells by expression of Tbx18
Nidhi Kapoor1, 2 Wenbin Liang1, 2 Eduardo Marbán1 Hee Cheol Cho1
The heartbeat originates within the sinoatrial node (SAN), a small structure containing <10,000 genuine pacemaker cells. If the SAN fails, the ~5 billion working cardiomyocytes downstream of it become quiescent, leading to circulatory collapse in the absence of electronic pacemaker therapy. Here we demonstrate conversion of rodent cardiomyocytes to SAN cells in vitro and in vivo by expression of Tbx18, a gene critical for early SAN specification. Within days of in vivo Tbx18 transduction, 9.2% of transduced, ventricular cardiomyocytes develop spontaneous electrical firing physiologically indistinguishable from that of SAN cells, along with morphological and epigenetic features characteristic of SAN cells. In vivo, focal Tbx18 gene transfer in the guinea-pig ventricle yields ectopic pacemaker activity, correcting a bradycardic disease phenotype. Myocytes transduced in vivo acquire the cardinal tapering morphology and physiological automaticity of native SAN pacemaker cells. The creation of induced SAN pacemaker (iSAN) cells opens new prospects for bioengineered pacemakers
