بلوغ کلی ناشی از صفحات گرافنی کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی پرتوان القایی
تاریخ انتشار: شنبه 21 مرداد 1396
| امتیاز:
سلول های بنیادی پرتوان القایی انسانی(hiPSCs) می توانند به طور نامحدود تکثیر کنند. توانایی آن ها برای تمایز به کاردیومیوسیت ها منابع نامحدودی را برای مدل سازی بیماری، غربالگری داروها و طب بازساختی ارائه می دهند. با این حال، کاردیومیوسیت های مشتق از hiPSCیا hiPSC-CMs درجه پایینی از بلوغ و ویژگی های شبه جنینی را نشان می دهند. روش های تمایز آزمایشگاهی فعلی ویژگی های ساختاری، مکانیکی و فیزیولوژیک نیچ کاردیوژن را تقلید نمی کنند. اخیرا ما پلت فرم بلوغ قلبی موثری را ارائه کرده ایم که تمایز قلبی تک لایه hiPSCها را با بستر گرافنی که زیست سازگار است و از مواد فوق رسانا ساخته شده است، ترکیب می کند. رده های hiPSC به موفقیت روی صفحات گرافنی حفظ شدند و قادر به تمایز به کاردیومیوسیت های دارای عملکرد بودند. این استراتژی به طو قابل توجهی سازماندهی فراساختاری میوفیبریل ها را افزایش داد، سرعت هدایت را بالا برد و هم مدیریت Ca2+ و هم ویژگی های الکتروفیزیولوژیک را در غیاب تحریک الکتریکی تقویت کرد. روی بستر گرافنی، بیان کانکسین 43 همراه با سرعت هدایت افزایش یافت. به طور جالب تر این که، پیام رسانی پروتئین های ریخت زای استخوانی نیز به طور معناداری طی کاردیوژنز اولیه فعال شد که با آنالیزهای توالی یابی RNA اثبات شد. در این جا ما دلایل این که بستر گرافنی به عنوان یک سطح زیست تقلید هدایتی چگونه می تواند فعالیت الکتریکی ذاتی را تسهیل کند، محیط ذاتی قلب را تقلید کند و بلوغ کلی hiPSCs-CMs را پیش ببرد بر شمرده ایم. یافته های ما قابلیت بسترهای از نظر الکتریکی فعال در تاثیر گذاری روی تکوین کاردیومیوسیت ها را مورد تاکید قرار می دهد. ما براین باوریم که به کار بردن صفحات گرافن برای بلوغ ساده، سریع و مقیاس پذیر کاردیومیوسیت های بازسازی کننده مفید است.
ACS Appl Mater Interfaces. 2017 Jul 18. doi: 10.1021/acsami.7b08777. [Epub ahead of print]
Graphene Sheet-Induced Global Maturation of Cardiomyocytes Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells.
Wang J, Cui C, Nan H, Yu Y, Xiao Y, Poon E, Yang G, Wang X, Wang C, Li L, Boheler KR, Ma X, Cheng X, Ni Z, Chen M.
Abstract
Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) can proliferate infinitely. Their ability to differentiate into cardiomyocytes provides abundant sources for disease modeling, drug screening and regenerative medicine. However, hiPSC-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) display a low degree of maturation and fetal-like properties. Current in vitro differentiation methods do not mimic the structural, mechanical, and physiological properties of the cardiogenesis niche. Recently, we present an efficient cardiac maturation platform that combines hiPSCs monolayer cardiac differentiation with graphene substrate which is a biocompatible and superconductive material. The hiPSCs lines were successfully maintained on the graphene sheets, and were able to differentiate into functional cardiomyocytes. This strategy markedly increased the myofibril ultrastructural organization, elevated the conduction velocity and enhanced both the Ca2+ handling and electrophysiological properties in the absence of electrical stimulation. On the graphene substrate, the expression of connexin 43 increased along with the conduction velocity. Interestingly, the Bone morphogenetic proteins signaling was also significantly activated during early cardiogenesis, confirmed by RNA sequencing analysis. Here, we reasoned that graphene substrate as a conductive biomimetic surface could facilitate the intrinsic electrical propagation, mimicking the microenvironment of the native heart, to further promote the global maturation of hiPSC-CMs. Our findings highlight the capability of electrically active substrates to influence cardiomyocyte development. We believe that application of graphene sheets will be useful for simple, fast and scalable maturation of regenerated cardiomyocytes.
PMID: 28718622