科学家一直试图用实验室制造的心肌细胞替换受损的心脏组织，无论是注射还是贴片形式。但是由此产生的肌肉不能很好地发挥作用，因为细胞被困在一个不成熟的阶段。使用新型CRISPR / Cas9技术，一项新研究发现了一种主基因Srf，它是细胞成为完全成熟的收缩成体细胞所必需的。
波士顿儿童医院基础与转化心血管研究主任医学博士威廉普说：“如果你在多能干细胞的培养皿中制造心肌细胞，它们会植入心脏并形成肌肉。” “但是肌肉不能很好地发挥作用，因为肌细胞被困在一个不成熟的阶段。”
我们在出生前开始发育的心肌细胞如何变得剧烈收缩成人心肌细胞尚不清楚。
“我认为有一些特定的信号传导途径可以控制这个过程，我们无法在盘子里重现这一过程，”Pu说。
选择性删除
研究活小鼠的心肌细胞成熟同样具有挑战性。之前的研究已经尝试过基因工程小鼠，他们的心肌中有不同的基因“被敲除”，以确定哪些是必需的。但完全丧失基因通常会导致整个心脏功能障碍，这本身就会影响成熟。此外，育种具有不同基因缺失的多个“敲除”小鼠品系是昂贵且耗时的过程。
在9月21日发表在Nature Communications上的一项新研究中，Pu及其同事绕过了这些障碍。他们使用活小鼠和CRISPR / Cas9基因编辑技术，以一种全新的方式梳理出心肌成熟过程中的一个关键因素。
他们的方法的美丽是双重的。首先，它只需要一种表达Cas9酶的小鼠品系，再加上一种指导Cas9去除特定基因的病毒。为了靶向不同的基因，研究人员只是对病毒进行了少量修改。
“我们能够在10周内测试10种感兴趣的潜在基因，”Pu说。
其次，研究人员不是删除每个细胞中的基因，而是注射病毒，使每10个心肌细胞中大约有1个受到影响。这种“马赛克”传递模式允许未受影响的心肌保持功能。然后团队可以分别研究突变的心肌细胞。
调节心肌发育
一种被称为血清反应因子（SRF）的因子成为心肌细胞成熟的关键调节因子。当Srf基因以新的马赛克方式在新生小鼠的心肌中被删除时，成熟的许多方面被破坏。
在正常的成熟肌细胞中，基本的收缩结构（称为肌节）高度组织化。但在突变肌细胞中，肌节变得杂乱无章。此外，正常细胞发展横向小管，这是帮助协调肌节收缩的重要结构。这些也在突变肌细胞中被大大破坏。最后，提供能量并且通常以类似砖块的方式排列在肌节旁边的线粒体的大小和数量显着减少。
在进一步的实验中，研究小组表明，SRF调节多个其他基因的活性，包括未成熟心肌细胞中的关键肌节基因，但不是成熟心肌细胞。他们认为SRF从细胞的其他部分接收信号，提示它在成熟过程中执行主组织程序。
最后，Pu及其同事表明，肌节本身必须适当组装才能进行成熟的其他方面。“我们了解到，肌节不仅对收缩很重要，而且可能推动了成熟计划，”Pu说。
让心脏细胞长大
总的来说，结果似乎表明，如果你能找到一种方法来增强SRF，你可以让实验室制造的心肌细胞长大。但事情并非如此简单：当SRF过度表达时，细胞看起来与没有SRF的细胞相同。
这确立了实验室的下一个目标。
“细胞似乎对SRF的水平非常敏感，”Pu说。“你可能无法操纵SRF本身。你必须了解上游的控制因素。”
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