【背景和目的】
使用源自人類誘導多能干細胞（iPS 細胞）的高度純化的心肌細胞（CM）進行細胞治療是一種有前景的心臟再生手段，目前強健的心肌細胞（hPSC）可以在無血清條件下高效生產。 然而，在 2D 培養中獲得的 hPSC-CM 與未成熟的 CM 相似，這可能會影響 hPSC-CM 的功能和藥物反應性。
因此，在本研究中，我們通過利用定向 PLGA 納米纖維上對齊的 hPSCM 衍生的 CM 來模擬自然環境，生成了形態特性與心肌相似的組織結構。
【PLGA取向性納米纖維】
乳酸/乙醇酸共聚物（PLGA）是一種具有高度生物降解性和生物相容性的共聚物，已獲得美國食品和藥物管理局（FDA）批準，廣泛應用于醫療領域。
與隨機排列的 PLGA 納米纖維 (RNF) 相比，PLGA 定向納米纖維 (ANF) 與天然細胞外基質相似，因此被用作 iPS 細胞增殖和組織形成的培養支架。
用作支架的PLGA取向納米纖維的纖維直徑為500至2000 nm，厚度為1.5至12 μm，并被制造來模仿肌肉組織中的膠原蛋白纖維束。通過使納米纖維片的厚度比傳統方法更薄，讓CM可以更容易地滲透。
【實驗】
將源自iPS細胞的CM在使用PLGA納米纖維和聚二甲基硅氧烷制成的基質上培養14天并觀察時，發現CM滲透到納米纖維中并包圍住了納米纖維的現象，并且ANF上的CM組織已經成熟。 此外還可以調節參數獲得各種高密度CM，并可以通過增加細胞數量或堆疊多個CM片來增加組織厚度。
ANF 上的 CM 片因為其展現的被高度定義的三維異向性結構再現了體內排列，所以被命名為 3D 類心臟組織結構 (CTLC)。
通過比較高密度 ANF (H-ANF)、低密度 ANF (L-ANF)、RNF 和 在平板上培養的CM 的電性能，我們發現在 ANF 和 RNF 上生長的CM表現出了較高的電場電位振幅，且與細胞具有良好的粘附性。 H-ANF的微電極陣列的T波檢測通道比相對較高的實驗結果也證實了在測試CM的慢性藥物作用過程中CTLC的長期監測具有重要意義。
為了評估CTLC電生理特性的藥物耐受性，我們觀察了E4031在QT間期的持續時間。 在納米纖維上培養的 CM 具有較低的 QT 間期變異性和并不顯著的心律失常活動，表現出比在平板上培養的 CM 更高的電生理同質性。 此外，當我們添加藥物并分析反應時，觀察到了藥物反應。 這些結果表明，CTLC 忠實地再現了心臟組織的體內結構和功能特性，使其成為藥物心臟毒性測試的優秀模型。
在體外移植實驗中，當我們觀察兩個CTLC移植在一起3天后的情況時，發現兩個樣品之間沒有明顯的邊界，并且移植組織的厚度是單個CTLC層的兩倍；這表明CTLC具有能夠快速融合組織細胞的特性。 此外，將 CTLC 放置在兩個獨立跳動的宿主 CM 片上時，CTLC也能夠同步收縮。 從這些結果來看，CTLC具有與宿主 CM 整合，并促進心臟內切斷區域之間快速電耦合的可能性，表現出治愈折返性心律失常的巨大潛力。
當我們分析培養CTLC時的參數，并篩選出最適條件把在最適條件下培養的CTLC移植入大鼠心室外膜時，沒有觀察到組織學間隙。并且在大鼠心臟中觀察到植入的厚厚的人類陽性心肌肌鈣蛋白（TnT）CM簇中的部分心肌肌鈣蛋白（hTnT）陽性細胞已浸潤至大鼠心室心外膜。 此外，在移植后的 CTLC 的移植物中，觀察到了 CM 排列整齊和組織緊湊的肉質結構。 這些結果證明了 CTLC 的有效移植以及 iPS 細胞衍生的 CM 在移植后可存活 14 天的事實。
此外，我們還將 CTLC 植入了 12 只心肌梗塞大鼠的心臟，并作為對照將無細胞納米纖維支架植入了另外17 只心肌梗塞大鼠。移植后4周，在大鼠心臟表面可見移植的CTLC，但幾乎看不到無細胞納米纖維支架。
我們還研究了小血管，發現CTLC組的小血管密度高于對照組。 盡管兩組之間第 0 周的基線射血分數沒有顯著差異，但在植入后的第4 周發現接受了 CTLC 治療的大鼠的射血分數有所增加。
【結論】
CLTC通用性強、操作方便，適用于藥物評價和移植。
在藥物評價中，因為CTLC 可以為體外組織的藥物篩選提供有前景的模型，并且它對所應用的藥物具有良好的響應，所以已被證明為是一種準確、穩健的模型
當CTLC用于植入時，它表現出優異的可操作性，并且能夠快速耦合切割或疤痕組織，抑制折返性心律失常。
此外，在大鼠體內實驗中，移植到心肌梗塞大鼠體內的實驗結果證明了其用于治療心肌梗塞的可能性。
總體而言，CTLC 在例如藥物測試和再生心臟治療之類基于細胞的應用中具有巨大的潛力。
【感想】
盡管納米纖維是相當薄的薄膜，但是它不僅堅固且富有彈性。
論文中還包含一個視頻，能夠清晰地看出纖維是如何隨著時間的推移由絲變成膜的過程非常的有趣，推薦大家有時間可以看看!
納米纖維還將進一步擴大治療和實驗的范圍，并可能進一步貢獻于醫學發展。
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盡管它沒有表現出太大的彈性，但是它不僅非常薄而且十分結實，表面還富有光澤感。
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【參考文獻】
Junjun Li et al.(2017)
Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiac Tissue-like Constructs for Repairing the Infarcted Myocardium.
Stem Cell Reports(https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(17)30414-9?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2213671117304149%3Fshowall%3Dtrue)
