Nat Commun：新型成像技术或能预测干细胞分化为心肌细胞的方式和效率

2021年7月30日 讯 /生物谷BIOON/ --人类多能干细胞(hPSC)衍生的心肌细胞能为心血管疾病患者提供一种非常有希望的再生细胞疗法，同时其还能作为加速药物开发的重要模型系统；然而研究人员必须开发具有成本效益和时间效益的平台来评估hPSC衍生的心肌细胞在生物制造过程中的质量。干细胞研究在再生疗法和防治用于抵御心血管疾病上拥有巨大的潜力，目前心血管疾病引发的死亡在全球占到了30%以上的比例。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24868-1

高功能的心肌细胞（负责心脏的收缩）在很多领域都非常重要，比如疾病建模、药物筛选及其它再生医学疗法的开发中。然而干细胞分化为心肌细胞的过程也较为昂贵，且易于发生变化。目前研究人员需要对干细胞分化过程进行质量控制，从而用于扩大工业上的应用规模。近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Label-free imaging for quality control of cardiomyocyte differentiation”的研究报告中，来自Morgridge研究所等机构的科学家们通过研究开发了一种能预测心肌细胞分化效率的无创成像技术，其或能作为质量控制的手段。

研究者Tongcheng Qian说道，如果我们能够尽可能早地预测干细胞分化为心肌细胞的结果，我们就能在制造阶段节省时间、金钱和速度。人类诱导多能干细胞分化为心肌细胞大概需要14天时间，在此期间，细胞的代谢活性会发生巨大的变化。文章中，研究人员在整个干细胞分化过程中的不同时间点测定了两种参与细胞代谢的分子NAD(P)H和FAD的自发荧光，由于这种方法使用了细胞固有的自发荧光，且其是非侵入性的，能在不损害细胞的情况下实时进行。

在低分化效率和高分化效率条件下，细胞中的NAD(P)H和FAD荧光变化不同，

能够反映前24小时不同的糖酵解活性。

图片来源：Qian, T., et al. Nat Commun 12, 4580 (2021). doi：10.1038/s41467-021-24868-1

尽管目前有很多研究都分析了干细胞分化期间细胞的代谢改变，但研究人员所开发的预测模型依然很重要。研究者Skala指出，对于应用或生物制造而言，我们就可以在早期的时间点进行干预，并改变培养基条件或改变融合度从而改善最后的结果。研究人员在分化第一天就观察到了在较低和较高分化效率条件下，细胞分化过程中所发生的新陈代谢变化。随后研究人员从数万个细胞中收集并分析了相关的成像数据，未来他们还需要能给该模型中纳入更多因素，从而实现一种真正精确的预测。

研究人员希望本文研究能提供一种框架，来在更大的范围内应用这种成像工具，心肌细胞能在悬浮培养基中进行分化，如果研究人员在悬浮液中让其分化或类器官分化，这或许与工业制造规模非常接近了。未来他们还想尝试观察这种自动荧光技术如何应用于预测其它细胞系的分化，比如免疫细胞和血细胞等，从而应用于其它研究领域。综上，本文研究表明，这种无创且无标签的新方法或能用于避免从hPSCs制造细胞时所产生的批次间和生产线间的差异。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Qian, T., Heaster, T.M., Houghtaling, A.R. et al. Label-free imaging for quality control of cardiomyocyte differentiation. Nat Commun 12, 4580 (2021). doi：10.1038/s41467-021-24868-1