Engineering of Human Excitable Tissues from Unexcitable Cells

从不可兴奋细胞改造人类可兴奋组织

基本信息

  • 批准号:
    9046968
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.56万
  • 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:
    2016-05-15 至 2020-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Stem cell injections into the heart are actively being pursued as a potential therapy for myocardial infarction and heart failure. While the ongoing trials with adult-derived stem cells show moderate clinical benefits, significant progress in the field is expected to arise from the use of cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells. Despite great promise, eventual clinical use of pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes faces a number of challenges that need to be resolved including key issues with inadequate cell maturation, phenotypic heterogeneity, arrhythmogenesis, low viability after implantation, and scale-up. Therefore, in this project we aim to establish a novel approach for cardiac cell and gene therapy that does not rely on the use of stem cells. Instead we propose to employ in vitro or in situ genetic engineering of fibroblasts into electrically active cells with customizable electrical phenotype that can couple with surrounding cardiomyocytes and improve their electrical and contractile function. Specifically, in Aim 1 we will utilize minimum st of genetic manipulations to rapidly and efficiently convert adult human fibroblasts into a readily expandable and homogeneous source of excitable cells that autonomously fire and conduct action potentials. In Aim 2, engineered fibroblasts with select electrophysiological phenotypes will be characterized for their functional interactions with neonatal rat cardiomyocytes in well-controlled in vitro co- culture systems. In Aim 3, we will establish if contractile function of infarcted rat hearts can be improved by implantation of engineered excitable fibroblasts or retroviral conversion of endogenous fibroblasts into electrically active cells. In addition to abov experimental studies, we will utilize computer simulations to facilitate genetic engineering of excitable cells and enhance mechanistic understanding of their functional interactions with native cardiomyocytes in vitro and in vivo. We believe that the proposed genetic and tissue engineering approach will provide strong foundation for the future experimental and clinical use of engineered fibroblasts in cell- and gene-based therapies for cardiac infarction and arrhythmias.
 描述(由申请人提供):人们正在积极寻求将干细胞注射到心脏作为心肌梗死和心力衰竭的潜在疗法,虽然正在进行的成人干细胞试验显示出一定的临床益处,但预计该领域将取得重大进展。尽管有很大的前景,但多能干细胞衍生的心肌细胞的最终临床应用面临着许多需要解决的挑战,包括不足的关键问题。因此,在这个项目中,我们的目标是建立一种不依赖于干细胞的心脏细胞和基因治疗的新方法。利用体外或原位基因工程将成纤维细胞转化为具有可定制电表型的电活性细胞,这些细胞可以与周围的心肌细胞耦合并改善其电和收缩功能。具体来说,在目标 1 中,我们将利用最小的 st 。基因操作快速有效地将成人成纤维细胞转化为易于扩展且均质的可兴奋细胞源,可自主激发和传导动作电位。在目标 2 中,将表征具有选定电生理表型的工程成纤维细胞与新生大鼠心肌细胞的功能相互作用。在目标 3 中,我们将确定是否可以通过植入工程化的兴奋剂来改善梗塞大鼠心脏的收缩功能。成纤维细胞或内源性成纤维细胞逆转录病毒转化为电活性细胞除了上述实验研究外,我们相信,我们将利用计算机模拟来促进可兴奋细胞的基因工程,并增强对其与天然​​心肌细胞的体外和体内功能相互作用的机制理解。所提出的基因和组织工程方法将为工程成纤维细胞在基于细胞和基因的心肌梗塞和心肌病治疗中的未来实验和临床应用提供坚实的基础心律失常。

项目成果

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