來自中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院健康科學(xué)研究所，生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所，中國科學(xué)院干細(xì)胞生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員建立了全新的大鼠胚胎干細(xì)胞(rat embryonic stem cells, rESCs)體外分化體系，并在國際上率先證實(shí)rESCs可以在體外分化為具有功能性的心肌細(xì)胞。這一研究成果公布在《Cell Research》雜志上。

這項(xiàng)研究由健康科學(xué)研究所楊黃恬研究組和上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所肖磊研究組合作完成，其中楊黃恬研究員早年畢業(yè)于南通醫(yī)學(xué)院，之后獲得日本山形大學(xué)醫(yī)學(xué)部博士學(xué)位，研究方向包括利用基因的突變并結(jié)合藥理學(xué)研究策略，探討了胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞分化及成體干細(xì)胞向心肌細(xì)胞分化的調(diào)控因素和基因及胚胎干細(xì)胞移植對(duì)心肌梗塞的治療作用和可能的機(jī)制等。

大鼠是最早被用于科學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。與最為常用的模式生物小鼠相比，大鼠具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如生理特征與藥物反應(yīng)性與人更為接近等，因而長期被更為廣泛的應(yīng)用于行為學(xué)、生理學(xué)和藥理學(xué)以及毒性測(cè)試等實(shí)驗(yàn)。大鼠疾病模型也已成功應(yīng)用于心臟衰竭，高血壓，糖尿病，神經(jīng)性疾病等的研究。然而由于缺乏類似于小鼠胚胎干細(xì)胞系，大鼠在實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用受到了極大地限制。2008年，Austin Smith和Qi-long Ying研究組通過應(yīng)用特殊的無血清培養(yǎng)系統(tǒng)，成功建立了真正的具有多能性的rESCs。然而目前rESCs體外分化仍非常困難。

楊黃恬研究員的博士研究生曹楠在肖磊研究組廖婧博士建立的rESCs系基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的篩選和摸索，結(jié)合使用條件性培養(yǎng)基以及特定的信號(hào)通路抑制劑，建立了可同時(shí)分化至內(nèi)、中、外三胚層的rESCs體外分化模型，并成功獲得了具有典型大鼠胚胎心肌細(xì)胞形態(tài)和肌絲結(jié)構(gòu)特征的心肌細(xì)胞，該分化系統(tǒng)時(shí)序表達(dá)中胚層、心肌前體細(xì)胞和心肌細(xì)胞的標(biāo)志性基因，分化的細(xì)胞包括了三種主要的心肌細(xì)胞類型：心室肌細(xì)胞、心房肌細(xì)胞以及竇房結(jié)細(xì)胞，且分化的心肌細(xì)胞對(duì)β-腎上腺素受體激動(dòng)劑Isoproterenol和乙酰膽堿激動(dòng)劑Carbachol也顯現(xiàn)與大鼠胚胎心肌細(xì)胞類似的反應(yīng)。該項(xiàng)研究建立的rESCs體外分化模型為研究心臟發(fā)生、發(fā)育的分子機(jī)制、心肌細(xì)胞藥物毒性檢測(cè)和促進(jìn)心肌細(xì)胞分化、改善心肌細(xì)胞收縮和心電功能的化合物篩選提供了新的工具，也為進(jìn)一步開展細(xì)胞治療研究提供了新途徑。