ARVD/C Dysfunction in Human Stem Cell-Derived Cardiac Tissue

人类干细胞来源的心脏组织中的 ARVD/C 功能障碍

基本信息

  • 批准号:
    9251893
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-04-01 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Advances in the use of induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (iPSC-CM) have dramatically advanced the study of heritable human genetic cardiac diseases. While these advances will eventually lead to new treatment options and improved patient counseling, these cellular model systems also permit mechanistic insights and provide a platform for modeling human cardiac tissues. The latter is critically important as patients with cardiomyopathies (genetic and non-genetic forms) or heart failure often experience arrhythmias that can result in sudden death. To study the predisposition of genetic disease syndromes to cause arrhythmias in cardiac tissue, iPSC-CMs will be cultivated in engineered heart slices (EHS), developed by our team that recapitulate a natural 3D microenvironment and enable electromechanical interactions among cells and the extracellular matrix. Our EHS support the growth of engrafted iPSC-CMs; provide important topological, biochemical, and mechanical signals to the cells; manifest functional tissue behavior, including coordinated electrophysiological and contractile activity; and can sustain cardiac arrhythmias in a quantifiable manner. In this project, we propose to use EHS to investigate mechanisms underlying the manifestation and progression of arrhythmias that promote sudden death. As a genetic tool for modeling arrhythmias, we will study iPSCs generated from probands of arrhythmogenic right ventricular dysplasia/cardiomyopathy (ARVC) that affect proteins of the cardiac desmosome. In patients, this disease is highly pro-arrhythmic and can lead to sudden cardiac death in young athletes. Hence, the goal of this project is to investigate how structural defects promote arrhythmias in EHS. Specifically we will determine if 1) mutations of desmosomal proteins operate in the early concealed phase of AC to impair intercellular mechanical coupling, resulting in abnormal electrical coupling, slowing of electrical conduction, and reentrant arrhythmia, and 2) secondary alterations in sodium channel function also result in slowing of electrical conduction and arrhythmia. The project involves three complementary and related Aims. Aim 1 will examine the importance of syncytial interactions and tissue microenvironment on the expression and progression of the disease phenotype in ARVC iPSC-CMs. Aim 2 will develop models of simulated exercise to determine increased risk of arrhythmia in EHS models of ARVC. Aim 3 will investigate the instructive cues of different native, extracellular matrices on cellular remodeling and tissue- level arrhythmia in EHS models of ARVC. The outcome of this research will shed light on mechanisms of arrhythmia and sudden cardiac death associated with abnormalities of mechanical junctions that operate not only in ARVC but also in other more common forms of cardiomyopathies. Our study on tissue microenvironment and disease progression in the cardiomyocyte represents a critical step towards the identification of primary and ancillary pro-arrhythmic disease pathways that may prove invaluable to the development of new therapies designed to treat heritable cardiac diseases.
 描述(由申请人提供):诱导性多能干细胞衍生心肌细胞(iPSC-CM)的使用取得了巨大进展,极大地推进了遗传性人类遗传性心脏病的研究,而这些进展最终将带来新的治疗选择和改善的患者咨询。这些细胞模型系统还可以提供机制见解,并为人类心脏组织建模提供平台,后者对于患有心肌病(遗传和非遗传形式)或心力衰竭的患者来说至关重要。为了研究遗传疾病综合征导致心脏组织心律失常的倾向,iPSC-CM 将在我们团队开发的工程心脏切片 (EHS) 中培养,该切片可重现自然 3D 微环境并支持机电。我们的 EHS 支持雕刻的 iPSC-CM 的生长,为细胞提供重要的拓扑、生化和机械信号;功能性组织行为,包括协调的电生理和收缩活动;并且能够以可量化的方式维持心律失常。在这个项目中,我们建议研究 EHS 作为导致猝死的遗传明显工具。为了建立心律失常模型,我们将研究由致心律失常性右心室发育不良/心肌病 (ARVC) 先证者产生的 iPSC,这些 iPSC 会影响心脏的蛋白质在患者中,这种疾病高度促心律失常,可导致年轻运动员心源性猝死,因此,该项目的目标是研究结构缺陷如何促进 EHS 中的心律失常,我们将具体确定 1) 的突变。桥粒蛋白在 AC 的早期隐藏阶段起作用,损害细胞间机械耦合,导致异常电耦合、电传导减慢和折返性心律失常,以及 2) 钠的继发性改变通道功能还会导致电传导减慢和心律失常。目标 1 将研究合胞体相互作用和组织微环境对 ARVC iPSC-CM 疾病表型的表达和进展的重要性。将开发模拟运动模型,以确定 ARVC 的 EHS 模型中心律失常的风险增加。目标 3 将研究不同天然细胞外基质对心律失常的指导性线索。 ARVC EHS 模型中的细胞重塑和组织水平心律失常这项研究的结果将揭示与机械连接异常相关的心律失常和心源性猝死的机制,这些机械连接不仅在 ARVC 中起作用,而且在其他更常见的心肌病中也起作用。我们对心肌细胞组织微环境和疾病进展的研究代表了识别原发性和辅助性心律失常疾病途径的关键一步,这可能对新疗法的开发具有无价的价值旨在治疗遗传性心脏病。

项目成果

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