由于胚胎干细胞（ESC）的获得十分困难，导致多能干细胞分化心肌细胞的早期研究进程相对缓慢。2006年山中伸弥等人通过引入四种因子，Oct3/4, Sox2, c-Myc和Klf4，成功诱导成人成纤维细胞形成多能干细胞（iPSC)[1]。至此，由iPSC分化为多种成体细胞的研究相继开展。我们可通过iPSC分化心肌细胞研究的时间历程对其研究进展进行了解。
2008年Genta Narazaki等人使用原有诱导分化小鼠胚胎干细胞的方法诱导小鼠iPSC分化成为多种心血管细胞，在诱导分化过程中发现，iPSC的分化特征与ESC几乎完全相同[2]。同年Christina Mauritz等人基于胚胎干细胞的分化方法诱导iPSC分化成为心肌细胞，并证明iPSC衍生的心肌细胞具有ESC衍生的心肌细胞的典型特征。结果表明与胚胎干细胞相比，iPSC可以衍生出具有自体功能的心肌细胞[3]。
人多能干细胞（hPSCs）分化产生的心血管祖细胞（CVPCs）对于心血管发育和心脏病治疗的细胞疗法研究起到重要作用，但hPSC-CVPCs的生成与稳定十分困难，Nan Cao等人在2013年通过调整hPSC-CVPCs的诱导生成过程开发了适用于hPSCs生成CVPCs的发育途径，以实现hPSC衍生的CVPCs的稳健生成和稳定传代[4]。
分化方案和分化第三天细胞总数与SSEA1+细胞百分比与CVPC
标志物变异荧光[4]
iPSCs的产生为心脏病的研究、药物筛选和潜在的自体心脏再生开辟了新的途径。然而，iPSC衍生的心肌细胞的应用受到分化效率低、高变异性和心肌细胞（iPS-CMs）成熟不良的阻碍。为了解决这一问题Nan Cao等人系统地筛选了不同小鼠多能干细胞上的16种心肌细胞诱导剂，发现只有抗坏血酸（AA）能够有效促进11种细胞系的心脏分化。结果表明这些结果表明，AA是一种适合于iPSCs的心肌细胞诱导剂，可以简单、普遍、有效地促进心脏分化和成熟[5]。2020年Yanping Liu等人发现并证明了ZLN005可以上调hESC-CMs中PGC-1α和线粒体功能相关基因的表达，诱导心肌细胞趋向成熟。ZLN005还可以增加细胞肌节长度，增强了细胞间连通性。这些发现支持了促进hESC-CM成熟的有效途径，这对于hESC-CM在疾病建模、药物筛选和心脏组织工程中的应用至关重要[6]。
添加AA与对照组iPSC诱导分化心肌细胞明场图与免疫荧光染色[5]
hPSC-CMs在人类心脏发育、药物和心脏毒性测试以及心脏疾病建模的体外研究中具有重要意义，但是由hPSCs分化到CMs会产生多种细胞类型，且分化得到的细胞并没有完全成熟，在重现CMs病理/生理基础的关键特征时受到阻碍。因此，为了精准区分识别分化得到的CMs成熟度，Ellen Ngar-Yun Poon等人发现CD36可以作为成熟细胞表面标记物的鉴定，它可以用来减少实验变异性和改善药物筛选[7]。
诱导多能干细胞来源的心脏细胞为心血管疾病与心脏疾病的研究与治疗提供了可靠的实验材料，也为心肌细胞的再生与修复打开了一扇新的大门，在相关研究中的挑战与机遇并存，其诱导分化的主要机制仍待突破，诱导效率与分化后细胞的分选相关问题还没有得到妥善解决。
[1] Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006 Aug 25;126(4):663-76. doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024.
[2] Narazaki G, Uosaki H, et al. Directed and systematic differentiation of cardiovascular cells from mouse induced pluripotent stem cells. Circulation. 2008 Jul 29;118(5):498-506. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.108.769562.
[3] Mauritz C, Schwanke K, et al. Generation of functional murine cardiac myocytes from induced pluripotent stem cells. Circulation. 2008 Jul 29;118(5):507-17. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.108.778795.
[4] Cao N, Liang H, et al. Highly efficient induction and long-term maintenance of multipotent cardiovascular progenitors from human pluripotent stem cells under defined conditions. Cell Res. 2013 Sep;23(9):1119-32. doi: 10.1038/cr.2013.102.
[5] Cao N, Liu Z, et al. Ascorbic acid enhances the cardiac differentiation of induced pluripotent stem cells through promoting the proliferation of cardiac progenitor cells. Cell Res. 2012 Jan;22(1):219-36. doi: 10.1038/cr.2011.195.
[6] Liu Y, Bai H, et al. PGC-1α activator ZLN005 promotes maturation of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. Aging (Albany NY). 2020 Apr 28;12(8):7411-7430. doi: 10.18632/aging.103088.
[7] Poon EN, Luo XL, et al. The cell surface marker CD36 selectively identifies matured, mitochondria-rich hPSC-cardiomyocytes. Cell Res. 2020 Jul;30(7):626-629. doi: 10.1038/s41422-020-0292-y.
一米生物创立于2017年，是一家核心发展基因细胞治疗(GCT)、干细胞转化医学、分子诊断、单细胞测序等技术，以及开发生物样本采集与保存的国家级高新技术企业。公司目前总面积1万多平，建有GMP净化车间，并通过了南德TÜV以及ISO13485质量体系认证。一米生物系领因上海的全资子公司。
公司重视人才和关键技术的发展和储备，立足于为客户需求开发产品并将解决方案做到极致的信念。研发生产的众多产品已获得国内医疗器械备案及注册证，欧盟CE认证和美国FDA备案，其中一体式唾液采集器荣获中国和美国发明专利授权。除国内市场外，公司业务已覆盖美国、英国、澳大利亚、日本、韩国等海外市场，面向全球范围提供产品与服务。
公司建立以来，坚持践行诚信、合作、勇于突破的理念，获得诸多第三方检验所、CGT工业、科研院所等行业顶层客户的信任与合作。
一米生物深耕生命科学研究与诊断技术领域，致力于为人类健康防治和疾病精准诊断的发展服务。
微信号｜一米生物
服务热线｜400-097-3606
