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心肌细胞来自干细胞样前体细胞

加州大学洛杉矶分校的研究人员使用荧光色蛋白来追踪心肌细胞 - 心肌中的细胞如何能够抽血 - 是在小鼠胚胎中产生的。这些发现最终可能导致人类成年人心脏组织再生的方法。

该研究发表在Nature Communications杂志上。

“我们的最终目标是能够在心脏病发作后再生心肌细胞,”Reza Ardehali博士说,他是加州大学洛杉矶分校心脏病学系的医学副教授,也是Eli和Edythe Broad再生医学中心的成员。加州大学洛杉矶分校的干细胞研究。“但我们首先要从胚胎心脏中学习。”

心肌细胞构成了大部分心脏。在心脏病发作期间,心脏组织的一部分被氧气和营养物质切断。心脏区域的细胞死亡并被瘢痕组织慢慢取代,这降低了心脏的功能。

虽然已知心肌细胞是在胚胎发育过程中形成的,但科学家们一直不确定新的心肌细胞是否仅在现有的心肌细胞分裂时产生,或心脏祖细胞 - 一种干细胞 - 是否会产生新的心肌细胞。

Ardehali和他的同事,包括加州大学洛杉矶分校研究生Ngoc Nguyen和该研究的共同第一作者,使用四种不同的荧光色蛋白来确定心肌细胞的起源。当细胞分裂时,得到的“子”细胞保持与亲本细胞相同的颜色。

“随着时间的推移,系统让我们看到哪些细胞群会产生新的细胞,”Nguyen说。“与之前仅使用一种或两种不同颜色的标记方法相比,这种方法可以让我们更清楚地区分不同细胞的作用。​​”该小组通过设计细胞以包含荧光蛋白的基因,在小鼠胚胎中标记了不同类型的起始细胞 - 包括心肌细胞和心脏祖细胞。他们在胚胎发育期间的不同时间打开荧光标签,然后观察胚胎生长时颜色如何通过发育中的心脏传播。

科学家们发现,在子宫发育早期,大多数新的心肌细胞来自心脏祖细胞而不是现有的心肌细胞。然而,当小鼠胎儿发育时,心脏祖细胞在几天或一周的过程中丧失其产生新的心肌细胞的能力。

“以前,研究人员假设你有这些祖细胞直到发育的一个设定点,然后它们变成成熟的心肌细胞,”Ardehali说。“我们已经证明这个过程不是突然发生的,而是一个渐进的过渡。”

研究人员还利用荧光蛋白来研究心脏损伤后是否出现新的心脏细胞。为此,他们通过手术关闭一条心脏动脉来模拟老鼠的心脏病发作。他们发现,在新生小鼠中,心脏在动脉闭合后保持有限的再生心肌细胞的能力 - 即使它的祖细胞已经成熟。但是当在成年小鼠中模拟心脏病发作时,动物缺乏再生能力而无法恢复。

“如果我们能够确定这些心肌细胞如何增殖,我们希望利用再生潜力来治疗人类心脏病,”Nguyen说。

研究人员在新生小鼠的心肌细胞中发现了一些基因,这些基因的水平与成年小鼠不同;他们正计划研究这些基因中是否有任何基因负责赋予细胞再生能力。

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