大尺寸功能性人心肌补片的构建及治疗心肌梗死的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81870208
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H0202.心肌损伤、修复、重构和再生
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cardiovascular diseases such as myocardial infarction (MI) are the main causes of death in China. Transplantation of human induced pluripotent stem cells (hiPSCs)-derived cardiomyocytes combined with other differentiated cardiac cells can significantly improve the viability of ischemic cardiomyocytes, restore the function of the lesion heart, and improve the blood supply and myocardial remodeling, which brings hope for the treatment of myocardial infarction. However, recent studies in non-human primates have shown that direct intramyocardial injection of such cardiomyocytes will increase the incidence of arrhythmias. Therefore, using cardiac muscle patch to repair heart may be a better approach. Currently, only relatively thin and small patches can be produced due to technology limitations, and the structure and function are relatively immature, which limit its application in clinic. We have accumulated some experience in stem cell therapy for MI in large animal model: We have successfully mastered the skill to differentiate hiPSCs to cardiac cells such as cardiomyocytes, endothelial cells, smooth muscle cells, fibroblasts and pericytes with the high purity; We can design cardiac muscle patches of relatively large size, which showed protective effects in MI pig; Exosomes extracted from the patch has a significant protective effect of ischemia, hypoxic cardiomyocytes. In order to build functional large-size cardiac muscle patches which further meet the clinical needs and also to clarify its protective mechanism, the purpose of this project is : 1) explore the best formula for large-size myocardial patches that meets the clinical needs using hiPSCs differentiated cardiomyocytes and other cardiac cells, combined with effective material scaffolds; 2) explore the best methods to promote structure and function maturation of myocardial patch using multiple stimulation method, pre-built vascularization, and 3D printing technology; 3) verify the patch’s protective effect on myocardial infarction in large animal model; 4) and explore its paracrine characteristics including exosomes and its protective mechanism of myocardial infarction after myocardial infarction, which provide theoretical basis for clinical treatment of myocardial infarction.
心肌梗死等心血管疾病是我国居民死亡的主要原因。人诱导多能干细胞(hiPSCs)分化的心脏细胞构建的心肌补片移植为治疗心肌梗死带来了新的希望。目前的技术只能制备出相对薄和尺寸小的补片,并且结构和功能不成熟,从而限制了其在临床上的使用。我们已经成功掌握从hiPSCs分化得到高纯度的各种心脏细胞; 能够设计出一定尺寸的心肌补片,在心梗猪上观察到了其保护作用;并发现从补片中提取的外泌体具有明显保护心肌的作用。为了进一步构建符合临床需求,功能性大尺寸人心肌补片,并阐明其保护机理,本课题旨在:1)利用hiPSCs分化的心肌细胞联合其他辅助细胞,探索构建大尺寸心肌补片的最佳配方;2)应用多重促成熟刺激方法,预建血管化,结合3D打印技术,探讨促进大尺寸心肌补片结构和功能成熟的方法;3)在猪等心肌梗死模型上验证其对心梗心肌的保护作用;4)并解析其旁分泌包括外泌体作用特征和其对心梗后受损心肌的保护机制。

结项摘要

心肌梗死等心血管疾病是我国居民死亡的主要原因,致死率远超癌症等其他疾病。人诱导多能干细胞分化的心脏细胞(hiPSC-CCs)构建的心肌补片移植为治疗心肌梗死带来了新的希望。但目前的技术只能制备出相对尺寸小的补片,缺少大动物研究,机制不清,并且心肌补片中细胞在缺血区域的低驻留率也影响了其移植的治疗效果,从而推迟了在临床上的使用。为了解决以上问题,本课题进行了以下研究,并获得了一系列成果:1)建立了从hiPSCs定向分化得到各种类型心脏细胞(心肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞等)的方法,并掌握了各种促心脏细胞成熟的技术,明确了血纤蛋白为构建大尺寸心肌补片所需的生物材料。2)发现装载神经生长因子(NGF)-聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)纳米颗粒的心脏补片可增强移植后心肌补片在宿主心脏上的驻留,改善小鼠心梗后的心脏收缩功能,增加心肌细胞存活和血管生成,和减少心室重构。3)我们用hiPSC-CMs制备了个临床应用相关尺寸大小的心肌补片(2x4 cm),动态培养7天刺激其成熟。移植这类心肌补片到心梗猪的心脏上,可显著减少猪心脏的梗死面积和改善心功能,增加心肌梗死边缘区的微血管和小动脉的密度,减少心肌的凋亡,具有一定的治疗猪心梗的作用,但并不引起心律失常发生的显著变化。4)分析了主要hiPSCs分化的心脏细胞中外泌体特征和表达谱,发现hiPSCs分化的内皮细胞外泌体 (hiPSC-EC-Exo) 可以通过维持心肌细胞钙稳态促进小鼠心梗后的心功能的改善,和hiPSCs分化的心肌细胞外泌体 (hiPSC-CM-Exo) 可以通过促进血管新生促进小鼠心梗后的心肌修复。这些发现为改善干细胞的移植治疗效果提供了新的见解,并且为以后心肌补片临床研究提供了基础研究支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
NGF nanoparticles enhance the potency of transplanted human umbilical cord mesenchymal stem cells for myocardial repair
NGF纳米颗粒增强移植人脐带间充质干细胞的心肌修复效力
  • DOI:
    10.1152/ajpheart.00855.2020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY-HEART AND CIRCULATORY PHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Wei Luo;Yanshan Gong;Fan Qiu;Yi Yuan;Wenwen Jia;Zhongmin Liu;Ling Gao
  • 通讯作者:
    Ling Gao
Therapeutic delivery of microRNA-125a-5p oligonucleotides improves recovery from myocardial ischemia/reperfusion injury in mice and swine.
microRNA-125a-5p 寡核苷酸的治疗性递送可改善小鼠和猪心肌缺血/再灌注损伤的恢复
  • DOI:
    10.7150/thno.73568
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    THERANOSTICS
  • 影响因子:
    12.4
  • 作者:
    Gao, Ling;Qiu, Fan;Cao, Hao;Li, Hao;Dai, Gonghua;Ma, Teng;Gong, Yanshan;Luo, Wei;Zhu, Dongling;Qiu, Zhixuan;Zhu, Ping;Chu, Shuguang;Yang, Huangtian;Liu, Zhongmin
  • 通讯作者:
    Liu, Zhongmin
Asiatic acid alleviates ischemic myocardial injury in mice by modulating mitophagy- and glycophagy-based energy metabolism
积雪草酸通过调节线粒体自噬和糖自噬能量代谢减轻小鼠缺血性心肌损伤
  • DOI:
    10.1038/s41401-021-00763-9
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Acta Pharmacologica Sinica
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Fan Qiu;Yi Yuan;Wei Luo;Yanshan Gong;Zhongming Zhang;Zhongmin Liu;Ling Gao
  • 通讯作者:
    Ling Gao

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其他文献

针灸对帕金森病小鼠外周血Th17/Treg平衡的调节作用
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    刘慧荣
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  • 通讯作者:
    吴焕淦
Clinical Research on Acupuncture Treatment of Insomnia on Back-Shu Points
针刺背俞穴治疗失眠的临床研究
  • DOI:
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    2014
  • 期刊:
    世界针灸杂志(英文版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王培育;高崚;任珊;马巧琳
  • 通讯作者:
    马巧琳

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纳米微粒缓释FasL蛋白增强人多能干细胞衍生心室型心肌细胞移植治疗猪心梗的疗效和机制研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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