美國希達思西奈心臟研究所的科研人員通過注入單個Tbx18基因,，對普通心臟細胞進行重新編程，使其成為了高度專業(yè)化的“生物起搏器”,。相關(guān)研究報告發(fā)表在當日的《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基因能直接將心肌細胞重編成專門的起搏細胞,。新細胞能自發(fā)生成電脈沖,，與天然起搏細胞無異。
起搏細胞產(chǎn)生的電活動,，能夠在規(guī)律的模式下蔓延至其他心臟細胞,，形成有節(jié)奏的肌肉收縮。這些細胞一旦出錯,，心臟跳動就會出現(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，起搏細胞也聚集于此,。在100億心臟細胞中,，只有不到1萬為起搏細胞，其也常被稱為SAN細胞,。研究人員使用設(shè)計過的病毒來攜帶單個Tbx18基因,，這在胚胎起搏細胞的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。一旦經(jīng)由Tbx18基因重新編程,，就會形成新的起搏細胞，即誘導(dǎo)SAN細胞或是iSAN細胞,。無論是在細胞重編過程中還是基于豚鼠的應(yīng)用，新細胞都呈現(xiàn)出所有天然起搏細胞應(yīng)有的關(guān)鍵特征,，并保持了與SAN類似的特性,，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胞也能使心肌細胞自發(fā)舒張收縮,，但改進過的細胞更接近普通肌肉細胞,，而非起搏細胞,。其他由胚胎干細胞獲取起搏細胞的途徑則存在著因污染形成癌細胞的風(fēng)險。而最新的研究采取了十分簡單的方式,，就制成了與天然起搏細胞十分近似的起搏細胞,，同時無需擔(dān)心罹患癌癥的風(fēng)險。
如果之后的研究確認并支持對于起搏細胞的科研發(fā)現(xiàn),，科學(xué)家將通過把Tbx18基因注入病患心臟或先在實驗室內(nèi)制成起搏細胞,，再將其植入病患心臟內(nèi)兩種方式開展治療。但仍需進行額外的安全測試和效用檢測,，才能進入人體臨床試驗階段,。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nbt.2465
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PMID:
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
