Heart-on-a-Chip给洞察细胞外囊泡的心血管效应

细胞外囊泡(EVs)——纳米大小的使者,细胞之间旅行提供线索和货物——是有前途的工具,下一代的治疗从自身免疫和神经退行性疾病,癌症和组织损伤。EVs来源于干细胞已被证明有助于心脏细胞恢复心脏病发作后,但是他们如何帮助和有益的影响是否特定于EVs来源于干细胞仍是个谜。

现在,哈佛大学研究人员约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)瓦解EVs的疗愈力量背后潜在的机制,证明了他们的能力不仅恢复细胞心脏病发作后,保持细胞缺氧的功能而在心脏病发作。研究人员演示了此功能在人体组织使用heart-on-a-chip嵌入式传感器,连续跟踪的收缩组织。

该小组还表明,这些细胞间的旅行者可以来源于内皮细胞,哪条线表面的血管和比干细胞更丰富和更容易维护。

“我们organ-on-chip技术发展,我们现在可以打击毒品的目标而不是战斗芯片设计,”Kit帕克说,塔尔家族海洋生物工程和应用物理学教授和这项研究的资深作者。”,这项研究中,我们模拟人类疾病与人类细胞芯片和开发了一个新的治疗方法来治疗它。”

心脏病或心肌梗死,流向心脏的血液受阻时发生。当然,最好的方法来治疗心脏病发作是恢复血流,但实际上这个过程可能会导致更多的心脏损害细胞。所谓的缺血再灌注损伤(IRI)或复氧损伤,当血液供应回到组织经过一段时间的缺氧。

“IRI的细胞反应涉及多个机制,如钙和质子过载、氧化应激、线粒体功能障碍,”莫兰Yadid说,博士后研究员海洋生物工程研究所和该论文的第一作者。“这组复杂的过程构成了挑战的发展有效的治疗方法,可以解决这些问题。”

这就是endothelial-derived EVs (EEVs)进来。因为这些囊泡是来自维管组织,这是独特的调到低氧应激,研究人员推测,他们携带的货物可以提供直接的保护心肌。

研究人员绘制整个组EEV蛋白质,或可以表达的囊泡。

“令人惊讶的是,尽管这些囊泡直径只有一百五十纳米,它们包含近2000种不同的蛋白质,“Yadid说。“很多这些蛋白与代谢过程,如呼吸、线粒体功能、信号和体内平衡。换句话说,很多流程与心脏对压力的反应。所以,而不是一个分子治疗,我们认为液含有鸡尾酒的分子和蛋白质,所有在一起,帮助细胞维持内环境稳定,面对压力,修改代谢行为和减少受伤的。”

团队测试的影响EEVs人类心脏组织使用heart-on-a-chip模型开发的疾病在海洋生物物理学集团。Organ-on-chip平台模拟本地组织的结构和功能,并允许研究人员观察,在真正的时间,在人体组织伤害和治疗的效果。这里,研究人员模拟心肌梗死和再氧化芯片被注入了EEVs和那些没有。

研究人员发现,在组织接受EEVs,心肌细胞可以更好地适应环境的压力和维持更高的工作负载。研究人员诱导损伤的三个小时氧限制随后90分钟的再氧化,然后测量了分数的死细胞和组织的收缩力。心脏组织对待EEVs死了一半的细胞,收缩力比未经处理的组织损伤后高四倍。

该小组还发现,受伤的心肌细胞,治疗EEVs展出的一组蛋白质更类似于受伤的而未经处理的细胞。令人惊讶的是,该小组还观察到细胞治疗EEVs继续合同即使没有氧气。

“我们的研究结果表明,从复氧损伤EEVs可以保护心脏组织部分补充受伤的细胞蛋白质和信号分子,支持不同的代谢过程,为新的治疗方法铺平了道路,”安德烈说坐落,克雷贝尔g .客座教授哈佛医学院病理学和该研究的作者之一。

“Exosomal细胞疗法可能是有益的,当一个分子的传统模式,一个目标就不会治愈这种疾病,”帕克说。“我们管理的囊泡,我们相信我们正在猎枪触及的药物靶点网络方法。芯片平台上与我们的器官,我们将准备使用合成液在治疗方式可能更有效,适合于制造更可靠。”

参考:Yadid M,林德J, Ardona H et al。内皮细胞外囊泡含有保护蛋白质和拯救人类heart-on-chip缺血再灌注损伤。Sci Transl地中海。2020;12 (565):eaax8005。doi: 10.1126 / scitranslmed.aax8005

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