在体外设计的多细胞型心室模型产生长期的脉动性流动,并调节心脏输出,以应对心脏活性药物
Christoph Kuckelkorn1, Ebru Aksoy2, Natalija Stojanovic1
1Department of Dental Materials and Biomaterials Research, RWTH Aachen University Hospital, Pauwelsstrasse 30, 52074, Aachen, Germany.
Advanced healthcare materials
|February 13, 2025
概括
研究人员在生物功能膜上使用人类诱导的多能干细胞衍生心肌细胞 (iPSC-CMs) 设计了一种新的体外左心室模型. 这种模型产生稳定的脉动流,模仿心脏功能和对药物的反应.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 心血管研究研究心血管研究
- 干细胞技术 干细胞技术
背景情况:
- 试管心脏模型对于药物发现和疾病建模至关重要.
- 现有的模型往往缺乏复制本地心脏功能,特别是脉动性流动的复杂性.
- 人类诱导的多能干细胞衍生心肌细胞 (iPSC-CMs) 为心脏组织工程提供了一个有前途的细胞来源.
研究的目的:
- 开发和验证一种新的体外左心室模型,使用生物功能化膜和iPSC-CMs.
- 评估模型产生脉动性流动和模仿生理条件的能力.
- 评估该模型对药物测试和研究心脏功能的有用性.
主要方法:
- 设计一个半球聚二甲基 (PDMS) 膜,涂上聚多巴胺和胺511E8碎片.
- 在膜上培养人类iPSC-CMs,单独或与心脏纤维细胞或内皮细胞共同培养.
- 使用新开发的生物反应器进行长期细胞培养 (长达28天) 和流量测量.
- 分析药物反应,心脏基因表达和细胞形态.
主要成果:
- 在28天的时间里,工程心室表现出持续的跳动和稳定的脉动性流量生成.
- 理论心脏输出达到了4μLmin-1的水平,这表明了同步收缩和稳定的细胞粘附.
- iPSC-CMs对心脏活性药物 (碳醇,异二醇) 呈现生理反应,心率和心脏输出量有可测量的变化.
结论:
- 开发的生物工程心室有效地作为体外左心室模型.
- 该模型支持iPSC-CM文化,差异化和长期功能稳定性.
- 它准确地模仿生理流动,并表现出对药理刺激的反应性,验证了其在临床前研究中的使用.
