工程化心肌组织中闰盘自组装形成及其分子机制的实验研究

近年来，国内外在体外构建具有节律性收缩的工程化心肌组织（EHT）方面相继取得突破。国内外研究的进展表明，EHT结构重建与功能发挥均有赖于特化的亚细胞结构-闰盘形成及其电传导功能，但是目前对于EHT中闰盘自组装形成及其分子机制的研究却鲜有报道。本研究拟以终末分化心肌细胞为种子细胞、分别利用胶原/Matrigel凝胶和温敏性聚异丙基丙烯酰胺材料，体外构建工程化心肌组织片层，并通过免疫组织化学、透射电镜及分子生物学方法，深入研究粘着连接、桥粒和缝隙连接在EHT闰盘自组装形成过程中的时空分布特点与规律及其相互作用的分子机制；在此基础上，进一步研究细胞外基质生物材料、非心肌细胞成分及力学刺激因素对闰盘结构自组装形成影响的规律性，从而明确影响粘着连接、桥粒和缝隙连接正确组装形成闰盘的关键因素。本研究将有望在EHT结构重建与功能发挥方面取得重要突破，为进一步构建具有良好修复功能的心肌组织奠定基础。

本课题针对工程化心肌组织（ECTs）构建及闰盘时空分布规律与组装机制开展实验研究，围绕研究计划，在工程化心肌组织构建方式优化、支架材料研制与筛选、种子细胞与生物材料体外相互作用，以及粘着连接、桥粒和缝隙连接在工程化心肌组织闰盘自组装形成过程中的时空分布特点与规律及其相互作用的分子机制、文章发表以及专利申请等方面开展了大量工作。各项研究工作进展顺利，已按合同规定内容超额完成了各项计划指标。.本项目针对胶原/Matrigel天然细胞外基质为支架构建的工程化心肌组织中闰盘时空组装规律进行了深入研究。研究发现在以胶原/Matrigel为支架构建的ECTs中，伴随着心肌细胞形态上逐渐发育成熟，心肌闰盘的各组成连接（粘着连接、桥粒、缝隙连接）也逐渐发育。在分布规律上，均呈现出由细胞膜分散分布向细胞间连接部位逐渐极化的规律；其中，负责机械连接的粘着连接比负责电化学连接的缝隙连接先形成。该研究明确了在以胶原/Matrigel为支架构建的ECTs中，闰盘有序组装形成的基本规律，有望在ECTs 结构重建与功能发挥方面取得重要突破，为进一步构建具有良好修复功能的心肌组织奠定基础。.此外，我们还以碳纳米管复合导电材料为支架体外构建ECTs，系统评价碳纳米管这一导电纳米材料对心肌细胞发育及心肌组织三维组装形成的影响规律，深入研究碳纳米管导电材料对心肌闰盘表达影响的规律和机制。研究发现碳纳米管提供的体外微环境更有利于心肌细胞收缩和电化学相关蛋白的表达，尤其是促进了心肌闰盘中缝隙连接的表达。ECTs心梗移植实验进一步证实，碳纳米管促进了移植ECTs与宿主心肌的结构整合，提高了粘着连接与缝隙连接的表达，并且ILK/Akt/ß-catenin信号通路参与其中。相关研究将有望在基于导电纳米材料构建ECTs进行心梗修复方面取得重要突破，为新型导电纳米材料在心肌组织工程中的应用奠定基础。.本项目在研期间共发表SCI 论文6 篇，其中，Biomaterials（IF：8.312）1篇， Sci Rep（IF: 5.078）1 篇，Plos one（IF：3.534）1 篇，RSC Advances（IF：3.708）1篇，Sci China Life Sci（IF: 1.512）1 篇, 生物化学与生物物理进展（IF: 0.29）1 篇，影响因子总计22.434；获得国家发明专利3项。