【背景和目的】
使用源自人类诱导多能干细胞（iPS 细胞）的高度纯化的心肌细胞（CM）进行细胞治疗是一种有前景的心脏再生手段，目前强健的心肌细胞（hPSC）可以在无血清条件下高效生产。 然而，在 2D 培养中获得的 hPSC-CM 与未成熟的 CM 相似，这可能会影响 hPSC-CM 的功能和药物反应性。
因此，在本研究中，我们通过利用定向 PLGA 纳米纤维上对齐的 hPSCM 衍生的 CM 来模拟自然环境，生成了形态特性与心肌相似的组织结构。
【PLGA取向性纳米纤维】
乳酸/乙醇酸共聚物（PLGA）是一种具有高度生物降解性和生物相容性的共聚物，已获得美国食品和药物管理局（FDA）批准，广泛应用于医疗领域。
与随机排列的 PLGA 纳米纤维 (RNF) 相比，PLGA 定向纳米纤维 (ANF) 与天然细胞外基质相似，因此被用作 iPS 细胞增殖和组织形成的培养支架。
用作支架的PLGA取向纳米纤维的纤维直径为500至2000 nm，厚度为1.5至12 μm，并被制造来模仿肌肉组织中的胶原蛋白纤维束。通过使纳米纤维片的厚度比传统方法更薄，让CM可以更容易地渗透。
【实验】
将源自iPS细胞的CM在使用PLGA纳米纤维和聚二甲基硅氧烷制成的基质上培养14天并观察时，发现CM渗透到纳米纤维中并包围住了纳米纤维的现象，并且ANF上的CM组织已经成熟。 此外还可以调节参数获得各种高密度CM，并可以通过增加细胞数量或堆叠多个CM片来增加组织厚度。
ANF 上的 CM 片因为其展现的被高度定义的三维异向性结构再现了体内排列，所以被命名为 3D 类心脏组织结构 (CTLC)。
通过比较高密度 ANF (H-ANF)、低密度 ANF (L-ANF)、RNF 和 在平板上培养的CM 的电性能，我们发现在 ANF 和 RNF 上生长的CM表现出了较高的电场电位振幅，且与细胞具有良好的粘附性。 H-ANF的微电极阵列的T波检测通道比相对较高的实验结果也证实了在测试CM的慢性药物作用过程中CTLC的长期监测具有重要意义。
为了评估CTLC电生理特性的药物耐受性，我们观察了E4031在QT间期的持续时间。 在纳米纤维上培养的 CM 具有较低的 QT 间期变异性和并不显著的心律失常活动，表现出比在平板上培养的 CM 更高的电生理同质性。 此外，当我们添加药物并分析反应时，观察到了药物反应。 这些结果表明，CTLC 忠实地再现了心脏组织的体内结构和功能特性，使其成为药物心脏毒性测试的优秀模型。
在体外移植实验中，当我们观察两个CTLC移植在一起3天后的情况时，发现两个样品之间没有明显的边界，并且移植组织的厚度是单个CTLC层的两倍；这表明CTLC具有能够快速融合组织细胞的特性。 此外，将 CTLC 放置在两个独立跳动的宿主 CM 片上时，CTLC也能够同步收缩。 从这些结果来看，CTLC具有与宿主 CM 整合，并促进心脏内切断区域之间快速电耦合的可能性，表现出治愈折返性心律失常的巨大潜力。
当我们分析培养CTLC时的参数，并筛选出最适条件把在最适条件下培养的CTLC移植入大鼠心室外膜时，没有观察到组织学间隙。并且在大鼠心脏中观察到植入的厚厚的人类阳性心肌肌钙蛋白（TnT）CM簇中的部分心肌肌钙蛋白（hTnT）阳性细胞已浸润至大鼠心室心外膜。 此外，在移植后的 CTLC 的移植物中，观察到了 CM 排列整齐和组织紧凑的肉质结构。 这些结果证明了 CTLC 的有效移植以及 iPS 细胞衍生的 CM 在移植后可存活 14 天的事实。
此外，我们还将 CTLC 植入了 12 只心肌梗塞大鼠的心脏，并作为对照将无细胞纳米纤维支架植入了另外17 只心肌梗塞大鼠。移植后4周，在大鼠心脏表面可见移植的CTLC，但几乎看不到无细胞纳米纤维支架。
我们还研究了小血管，发现CTLC组的小血管密度高于对照组。 尽管两组之间第 0 周的基线射血分数没有显着差异，但在植入后的第4 周发现接受了 CTLC 治疗的大鼠的射血分数有所增加。
【结论】
CLTC通用性强、操作方便，适用于药物评价和移植。
在药物评价中，因为CTLC 可以为体外组织的药物筛选提供有前景的模型，并且它对所应用的药物具有良好的响应，所以已被证明为是一种准确、稳健的模型
当CTLC用于植入时，它表现出优异的可操作性，并且能够快速耦合切割或疤痕组织，抑制折返性心律失常。
此外，在大鼠体内实验中，移植到心肌梗塞大鼠体内的实验结果证明了其用于治疗心肌梗塞的可能性。
总体而言，CTLC 在例如药物测试和再生心脏治疗之类基于细胞的应用中具有巨大的潜力。
【感想】
尽管纳米纤维是相当薄的薄膜，但是它不仅坚固且富有弹性。
论文中还包含一个视频，能够清晰地看出纤维是如何随着时间的推移由丝变成膜的过程非常的有趣，推荐大家有时间可以看看!
纳米纤维还将进一步扩大治疗和实验的范围，并可能进一步贡献于医学发展。
我司，也尝试制作了一种 PLGA 取向的纳米纤维片。
尽管它没有表现出太大的弹性，但是它不仅非常薄而且十分结实，表面还富有光泽感。
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【参考文献】
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)
