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浅论心肌组织工程种子细胞的研究进展【摘要】 目的综述组织工程心肌种子细胞来源的研究现状与存在的问题，并展望其前景。方法广泛查阅近十年来有关组织工程心肌种子细胞的文献，并进行综述。结果心肌组织工程的替代治疗具有极其诱人的前景，但还处于起步阶段，仍然需要通过大量的实验找到最佳的细胞来源。结论组织工程心肌有广阔潜在的临床应用前景，其细胞来源值得进一步研究。【关键词】 心肌组织工程； 种子细胞。组织工程是应用生命科学与工程学的原理与技术，在正确认识哺乳动物的正常及病理两种状态下的组织结构与功能关系的基础上，研究开发用于修复、维护、促进人体各种组织或器官损伤后的功能和形态的生物替代物的一门新兴学科。其核心是模拟体内组织发生的环境，在体外培养细胞，构建由细胞和生物材料组成的、具有特定功能的三维工程化组织。组织工程心肌主要涉及种子细胞来源，支架以及体外构建方式和移植。下面我们主要讨论重点是心肌组织工程种子细胞。1心肌组织工程的细胞来源构建工程化心肌组织的最佳细胞，应该是容易获得的、能增殖的、无免疫原性的、具有分化为成熟的有功能的心肌细胞的能力的细胞。遗憾的是，目前还没有发现这样的细胞。供体(异源的)细胞相对容易获得，但是具有免疫排斥反应的风险；而自体细胞虽然很难获得和扩增，但是没有免疫排斥的困扰。目前，已报道的应用于心肌组织构建的细胞包括胎儿心肌细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞、骨骼成肌细胞、天然骨髓细胞、间充质千细胞和胚胎干细胞等。心肌细胞胎儿心肌细胞是研究的最早最广泛，被认为是目前干细胞研究领域的一个重要方面。Soonpa等1最早将胎儿心肌细胞移植到鼠的心肌。Scorsin等2将胎儿心肌细胞注射到心肌梗死模型鼠的左心室心肌，研究表明有50的鼠的梗死边缘区有被注射的心肌细胞。胎儿心肌细胞移植能改善左心室功能，提高射血分数和心输出量。但胎儿心肌细胞作为种子细胞受到至少两个方面的限制：一是胎儿心肌细胞的来源，包括由于胎儿心肌细胞来源带来的伦理和法律问题；二是作为一种异体细胞移植而带来的免疫排斥问题。天然骨髓单核细胞天然骨髓单核细胞与其他细胞相比，这种细胞具有易获得、自体的和易扩增的优点。应用受限是由于它们很难转分化为心肌细胞或内皮细胞。骨骼肌成肌细胞骨骼肌成肌细胞不太可能成为心肌组织工程种子的原因是其分化后很难与宿主心肌发生电机械偶联。骨髓间充质干细胞干细胞被视为一种好的组织工程心肌种子细胞来源，是因为它们可再生能力强，高增殖能力和多能性。干细胞具有可以在一定条件下分化成心肌细胞的能力。因此多种心肌组织工程方法都是基于干细胞的运用。骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，在一定的诱导条件下，能分化为成骨细胞、肌腱细胞、脂肪细胞、内皮细胞，神经细胞和心肌细胞等。大量研究表明人骨髓间充质干细胞在适宜条件下也可向心肌细胞分化，除此之外，它还能分化成血管内皮细胞、血管平滑肌细胞等，对心肌细胞起着重要的支持作用3。Rangappa等4应用人骨髓间充质干细胞和人心肌细胞在体外共培养，结果表明人骨髓间充质干细胞向心肌细胞分化，有收缩蛋白和心肌特异基因的表达。Xu等5成功地进行了成人骨髓间充质干细胞的体外培养及向心肌细胞的诱导分化。苑媛等6报道，血管紧张素在体外可能经细胞外信号调节激酶通路诱导人骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化。动物实验显示，对实验动物的心脏梗死区移植经5一氮杂胞苷诱导的骨髓间充质干细胞，1个月后，骨髓间充质干细胞能在心肌梗死后心力衰竭的心肌及疤痕中存活并向心肌细胞分化，且改善受体的心功能7。骨髓间充质干细胞具有以下特点：来源于自体，无免疫源性；取材损伤小，仅行骨髓穿刺就可获得；来源充足，可反复取材；扩张能力强；培养要求低。因此，骨髓间充质干细胞是心肌组织工程中前景广阔的细胞来源。胚胎干细胞胚胎干细胞有和骨髓间充质干细胞很类似：胚胎干细胞的来源不受限制，具有无限扩张能力，而且已证实了具有心肌分化潜能。但它来源于异体，但是目前研究发现，胚胎干细胞及其子代细胞具有免疫源性，另外人类胚胎干细胞的移植还涉及伦理方面的问题。申请临床应用受阻的主要原因也是人们对于同种异体来源导致潜在致癌性的担虑。诱导多能干细胞最近的一个克服上述问题的方法是将不成熟的基因整合在成熟自体的干细胞。这种全新的概念叫做核移植，并且可以产生自体多能干细胞系。这种细胞被称为“诱导多能干细胞”。Mitalipovs group报道已经成功通过核移植的方法改编哺乳动物的成体上皮细胞，得到了多能干细胞5。就在同时，京都的研究人员将带有4种确定转录因子(Oct3/4,Sox2,Klf4,and c-Myc)的人皮肤成纤维细胞转导产生了一个多能干细胞系8。这些细胞表达人ESC的表面标志，具有正常的核型，并且表达端粒酶，满足多能性的标准。核移植也许对将来的心肌组织工程具有相当重要的意义。比如在组织工程化组织窦房结，组织工程化心肌等方面，能制造出理想的种子细胞。心脏自身干细胞由于免疫方面的顾虑阻碍了做关于人类心脏组织工程的研究。最近发现人类固有的心脏自身干细胞能够分化成有有功能的心肌，这无疑给人类心肌组织工程带来了新的希望。人类心脏一直被认为是终末分化的器官。10年前，研究人员在成年大鼠心脏里面发现存在固有心肌干细胞9-12。最近在人类心脏中也发现了类似的干细胞13-15。将其和正常心肌细胞混合培养后，注射到心梗区域，这些细胞能够产生新的心肌组织并且修复心脏的功能。现在已经找到该细胞的数种细胞表面标志物，比如c-kit,sca-1,isl-1，以及ABC载体。但都还缺乏特异性，要如何准确筛选该细胞依旧还是没有解决的问题。2总结构建工程化心肌组织的最佳种子细胞，必须是能够容易获得的、能增殖的、无免疫原性的、具有分化为成熟的有功能的心肌细胞的能力的细胞。遗憾的是，目前还没有发现兼具这样优点的细胞。制造或再生心肌组织去替换或是修复因损伤、衰老、疾病或基因变异而丧失功能的心肌组织目前大量研究表明是可行的。但是，心肌组织工程领域仍然面临巨大的困难和挑战，如何获得足够数量的种子细胞就是其中之一。并且工程化心肌组织移植到体内后，还需要维持其结构和功能，并与宿主心肌建立机械和电偶联，此外还要解决免疫排斥以及潜在的致瘤性等问题。这些问题都是我们需要一一攻破的。除了实验室培育的心肌结构外， Soonpa MH，Koh G Y， et alFormation of nascent intercalated disks between grafted fetal cardiomyocytes and host myocardiumJ,264(5155)：98-101 2Scorsin M，Hagege AA,et alDoes transp lantation of cardiaomyocytes improve function of jnfracted myocardiumJ.,96(Suppl )：188-II 1933LBor J,Amsalem Y,Cohen SCells，scaffolds，and molecules for myocardial tissue engineenngJPharmacolThe,2005,105(2)：151-1634RangappaJWWechsler AS，et aICardiomyocytemediated contact P rograms human mesenchymaI stem cells to express cardiogenic phenotypeJJ Thorac cardiovasc Surg2003,126(1)：124 -1325Byrne JA,Pedersen DA,Clepper LL,Nelson M,Sanger WG,Gokhale S,Wolf DP,Mitalipovprimate embryonic stem cells by somatic cell nuclear transferJ.Nature,2007,450:497-502.6苑嫒,吕安林，陈丹,等血管紧张素诱导人骨髓间充质干细胞分化为心肌样细胞J.心脏杂志，2006，1 8(3)：258-2617玲净，毛彬尧，王长谦,等骨髓间充质干细胞在心肌梗死区的移植和分化对心肌梗死后心力衰竭的影响J心脏杂志,2006，18(2)：138-1428Takahashi K,Tanabe K,Ohnuki M,Narita M,Ichisaka T,Tomoda K,Yamanakaof pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factorsJ.Cell,2007,126(1)：124-1329Hierlihy AM,Seale P,Lobe CG,Rudnicki MA,Megeneypost-natal heart contains a myocardial stem cell populationJ.FEBS Lett,2002,530:239-243.10Martin CM,Meeson AP,Robertson SM,Hawke TJ,Richardson JA,Bates S,Goetsch SC,Gallardo TD,Garryexpression of the ATPbinding cassette transporter,Abcg2,identifies cardiac SP cells in the developing and adult heartJ.Dev Biol,2004,265:262-275.11Matsuura K,Nagai T,Nishigaki N,Oyama T,Nishi J,Wada H,Sano M,Toko H,Akazawa H,Sato T,Nakaya H,Kasanuki H,Komurocardiac Sca-1-positive cells differentiate into beating cardiomyocytesJ.J Biol Chem,2004,279:113:84-91.12Oh H,Bradfute SB,Gallardo TD,Nakamura T,Gaussin V,Mishina Y,Pocius J,Michael LH,Behringer RR,Garry DJ,Entman ML,Schneiderprogenitor cells from adult myocardium: homing,differentiation,and fusion after infarctionJ.Proc Natl Acad Sci U S A,2003,100:12313-12318.13Beltrami AP,Barlucchi L,Torella D,Baker M,Limana F,Chimenti S,Kasahara H,Rota M,Musso E,Urbanek K,Leri A,Kajstura J,Nadal-Ginard B,Anversacardiac stem cells are multipotent and support myocardial regenerationJ.Cell,2003,114:763-776.14Laugwitz KL,Moretti A,Lam J,Gruber P,Chen Y,Woodard S,Lin LZ,Cai CL,Lu MM,Reth 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