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iPSC（induced Pluripotent Stem Cell，诱导多能干细胞）诱导分化的心肌细胞（cardiomyocyte，CM）由于其人源性，良好均一性，高纯度，具有收缩功能、动作电位和离子通道等心肌细胞特有属性；其在疾病病理研究、高通量药物筛选、心脏安全评价等方面的应用已经得到国内外科研和工业用户的广泛认可。目前国内在研究肥厚型心肌病等心血管疾病时依然有研究人员选择改造或者ET-1诱导等方式，与疾病患者来源的iPSC-CM相比其无法还原真实病理，同时也降低了研究结果的可信度。

 

目前CDI和Ncardia等iPSC领域的先驱企业，推出了心血管疾病来源的iPSC-CM，其作为体外心血管疾病研究的最佳模型已经得到国外工业客户和科研机构的认可。

 

为了更好满足客户需求，南京艾尔普最近推出了NovoCell™疾病型心肌细胞产品：

NovoCell™疾病型心肌细胞产品：

1	NovoCell™  LQT心肌细胞
2	NovoCell™  Brugada心肌细胞
3	NovoCell™  ARVC心肌细胞
4	NovoCell™  HCM心肌细胞
5	NovoCell™  CPVT心肌细胞
6	NovoCell™  DCM心肌细胞

以上均为患者来源的iPSC-CM，并且带有明确的基因突变。

应用实例

1.杜氏肌营养不良（Duchenne muscular dystrophy，DMD）是一种X染色体隐性遗传疾病，主要发生于男孩，因肌肉中缺少了Dystrophin，导致患者自出生后肌肉便不断受到破坏而萎缩，最终死于呼吸衰竭。由患者体细胞重编程得到的iPSC-CM疾病模型能够在体外反映DMD患者的真实表型。研究者发现在DMD患者来源的iPSC-CM中Western Blot并未检测到Dystrophin的表达。此外，DMD患者常见的病理室性心律失常，是导致DMD患者死亡的第二大常见病因，在DMD患者来源的iPSC-CM疾病模型中检测到了延迟后除极在内的心律失常¹。

图1：DMD-iPSC-CM表现出延迟后除极现象

 

 

2. 儿茶酚胺敏感性多形性室性心动过速(catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia,CPVT) 是一种遗传性心律失常，其特征是在运动或急性情绪时易发生晕厥和猝死。CPVT与RyR2或CASQ2基因突变造成的细胞内Ca2+处理异常有关。研究发现CPVT患者的RyR2和CASQ2突变使RyR2通道对肾上腺素能刺激管腔钙激活的敏感程度上升，同时提高肌质网（sarcoplasmic reticulum，SR）自发的舒张钙释放倾向。这些表型均在CPVT患者来源的iPSC-CM细胞模型中得到了很好的验证²。

图2：肾上腺素刺激导致CPVT-iPSC-CM出现心律失常表型

 

3.肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）是一种最常见的遗传性心脏病，临床表现为心肌肥厚，约20多个基因的突变可能会导致该疾病。HCM患者表现为左心室心肌异常增厚，伴有临床高风险，并发症有心律失常和心脏性猝死。Lu Han等人研究发现HCM患者来源的iPSC-CM体积明显大于健康人来源的iPSC-CM，并且电镜试验也表明HCM心肌细胞在脂类代谢上存在异常³。

图3：HCM-iPSC-CM异常的细胞形态和细胞外脂滴聚集

 

4.扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)是引起心力衰竭后需要进行心脏移植的主要原因之一。部分家族性DCM是由于编码核层蛋白lamin A和C的LMNA基因突变所致，其表现出功能性心肌细胞逐渐丧失、心室扩张、心输出量减少和心律失常而最终导致心肌功能减弱。微电极阵列（micro eletrode array，MEA）实验发现DCM患者来源的iPSC-CM表现出了明显的心律失常⁴。

图4：DCM-iPSC-CMs在 MEA实验中表现出了明显的心率失常

 

5.长QT综合症（LQT）起病于心脏钾离子通道的异常结构，主要的病理学表现为动作电位延长、心律失常。这可能会导致患者突然丧失意识或猝死。LQT患者来源的iPSC-CM表现出了明显的场电位时程延长⁵。

图5：LQT-CM表现出场电位时程延长

 

6.Brugada综合症（Brs)是一种离子通道基因异常所致的原发性离子通道疾病，属心源性猝死的高危人群，预后严重。临床上表现为恶性心律失常。研究表明Brs患者来源的iPSC-CM能够表现出离子通道的异常，包括钝化内钠电流,增加触发活动和Ca2+处理异常等⁶。

图6：正常型和Brs型心肌细胞场电位Trace图

 

【参考文献】

1.Eisen B, Ben Jehuda R, Cuttitta AJ,et al. Electrophysiological abnormalities in induced pluripotent stem cell‐derived cardiomyocytes generated from Duchenne muscular dystrophy patients. J Cell Mol Med. 2019;23:2125–2135.                     

2. Atara Novak a, b, c, #, Lili Barad,et al. Functional abnormalities in iPSC-derived cardiomyocytes generated from CPVT1 and CPVT2 patients carrying ryanodine or calsequestrin mutations. doi: 10.1111/jcmm.12581

3.Shishi Li,1,2,13 Huaye Pan,1,13 Chao Tan,et al. Mitochondrial Dysfunctions Contribute to Hypertrophic Cardiomyopathy in Patient iPSC-Derived Cardiomyocytes with MT-RNR2 Mutation. /doi.org/10.1016/j.stemcr.2018.01.013.

4.Disheet Shah 1, Laura Virtanen,et al. Modeling of LMNA-Related Dilated Cardiomyopathy Using Human Induced Pluripotent Stem Cells. Cells 2019, 8, 594; doi:10.3390/cells8060594.

5.Daniel Sinnecker & Alexander Goedel,et al.Modeling Long-QT Syndromes with iPS Cells. DOI 10.1007/s12265-012-9416-1.

6.Ping Liang, Karim Sallam,et al. Patient-Specific and Genome-Edited Induced Pluripotent Stem Cell–Derived Cardiomyocytes Elucidate Single-Cell Phenotype of Brugada Syndrome.