多伦多大学生物医学工程研究所的研究人员开发了一种新方法，使实验室培养的心脏细胞更加成熟，使其更接近成人人类心脏组织。通过优化培养这些细胞的化学混合物，研究团队改善了它们的结构、电活动和收缩能力。这一进展有助于创建更可靠的心脏疾病研究模型和新药测试平台，因为当前实验室培养的细胞往往因其不成熟状态而无法满足需求。
这一发现最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。该研究是多伦多大学、Ted Rogers心脏研究中心、约克大学、大学健康网络、儿童医院(SickKids)和达尔豪斯大学专家合作的成果。
人类干细胞衍生的心脏细胞在研究中被广泛使用，因为它们可以在不依赖动物测试的情况下模拟人类生物学。然而，这些细胞通常表现得更像胎儿或新生儿的心脏细胞，而非成人心脏细胞，这限制了它们的实用性。
现有的改善成熟度的方法通常一次只测试一两个因素，但这没有考虑到心脏发育过程中许多生物信号之间复杂的相互作用。
"干细胞研究领域在生产多种分化细胞以实现功能性心脏发育方面取得了令人难以置信的进步，但导致该组织成熟化的机制仍不清楚。这就像只拥有非常详细路线图的一半。"
——该研究的主要作者兼共同通讯作者Neal Callaghan博士
"这最终限制了工程化心脏组织在药物测试或手术移植中的应用。我们的目标是生产一种通用配方，任何人都可以在他们自己的干细胞衍生心脏组织应用中使用。"
为了确定其配方的潜在候选者，研究人员采用计算方法一次性测试多种营养物质、激素和小分子的组合。他们没有单独评估每个条件，而是使用算法来指导实验并更高效地识别有前景的组合。总的来说，他们在四轮迭代中筛选了169种不同配方，选择那些能改善细胞产生和使用能量能力的配方，这是成熟度的一个关键指标。
这一过程促成了名为C16的新培养基的创建。研究人员发现，在这种溶液中生长的心脏细胞比使用标准方法培养的细胞更加成熟，在物理结构、搏动、电活动和能量使用方面都有所改善。
"一种有希望的新药物无法到达患者手中的最常见原因之一是在临床试验中显示出心脏毒性迹象，"Callaghan说道。
"动物模型在预测这种心脏毒性方面通常不太可靠，因此生产有效药物的速度更慢、成本更高。最终，患者只能等待。我们希望这些新方法能够帮助我们改善在药物测试中对心脏毒性的预测。"
除了在单个细胞中测试该配方外，研究人员还将它应用于在实验室中生长的微型3D心脏组织。这个平台更接近地复制了人类心脏复杂的物理结构。通过将3D生长环境与新的营养配方相结合，研究团队生产出搏动更有力、结构组织性比以前模型更好的实验室培养心脏组织。因此，该组织表现得更像真正的心脏，同时在标准实验室环境中比其他专业方法更容易实施。
展望未来，研究人员旨在将其方法推进到实际应用。该团队已将该培养基授权给Axol Bioscience公司，该公司将其作为MyoMax用于研究用途。此外，他们与Julie Audet教授共同创立了boutIQ Solutions，这是一家利用机器学习优化高性能培养基配方的初创公司。
"与boutIQ solutions合作，我们的下一步是创建更好的培养基配方，以培养可用于修复心脏病发作造成损伤的成熟心肌细胞，"该研究的共同通讯作者Craig Simmons教授说道。
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