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一般认为成年哺乳动物的心肌细胞系终末分化细胞,无或仅有有限的再生修复能力,一旦损伤,坏死的心肌只能由无功能的纤维瘢痕组织代替。心肌缺血引发的心肌细胞大量不可逆性缺失、存活的功能性细胞数量下降等多种因素最终将导致心力衰竭的发生,这已成为心血管疾病死亡的主要原因。尽管近些年有研究表明,成体心脏内有可以增殖的心肌干细胞存在,但由于其增殖潜能有限,不足以修复受损的心肌组织。目前,心脏移植成为治疗心肌坏死疾病的一有效途径,但由于供体短缺、复杂的免疫反应及高额的治疗费用限制了其治疗作用。因此,研究者及临床都在寻找新的有效的治疗方案。细胞移植为病损心肌的细胞修复及心功能恢复提供了一种全新的治疗方案。科学家先后应用多种类型的细胞,包括胎儿和新生儿心肌细胞、骨骼肌卫星细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞及骨髓来源的细胞进行细胞移植治疗心肌梗塞的动物模型试验,并已取得了较好的进展。但由于细胞来源有限,同时免疫排斥反应等造成移植细胞的大量死亡,因此如何获得大量细胞进行移植以保证足够量的细胞存活或改善移植细胞的存活是目前面临的主要问题。
胚胎畸瘤细胞(embryonalcarcinomacells,EC)细胞与胚胎干细胞(embryonicstemcells,ES)在分化潜能、超微结构、细胞表面抗原和生化特性等方面具有相似性,同时与ES细胞相比,EC细胞在无需饲养层和LIF(leukemiainhibitoryfactory,LIF)条件下培养即可保持未分化状态,更易于培养,且易于进行基因操作,而且通过分化培养过程EC细胞可从恶性表型转化为非恶性表型,因此EC细胞的研究应用日益受到广大研究者的青睐。P19EC细胞系是McBurney等从C3H/He小鼠畸胎瘤中分离得到的具有多分化潜能的胚胎性干细胞,其在体外培养中单层生长无需饲养层即可迅速大量扩增,经多次传代仍保持胚胎干细胞特有标记,如表面糖蛋白SSEA-1及转录因子Oct-3等。在体外,通过条件培养P19细胞被诱导为包括心肌细胞、骨骼肌细胞、神经元等多种类型的细胞,且分化过程类似于胚胎细胞的早期分化。因此P19细胞常被作为研究细胞早期发育的体外模型系统。实验表明,非黏附聚集或类胚体(embryonicbody,EB)形成与化学试剂(如DMSO、OT、T3、丁酸酯及6-硫鸟嘌呤等)诱导相结合可使P19细胞分化为自律跳动的心肌细胞。P19细胞向心肌细胞分化过程中,其发育相关基因的表达及电生理学特征基本模拟了正常小鼠心肌发育过程,被认为是研究心肌细胞发育的良好体外模型系统,其向心肌细胞的分化过程日益引起人们的关注。目前P19细胞心肌细胞分化的研究虽然取得了一些成果,但由于其较低的有效分化率以及各家所用诱导方法差异,限制了其广泛应用,能否建立高度标准化和最适宜培养条件是我们目前面临的问题之一。
鉴于此,本课题拟通过应用不同方法、不同化学试剂体外诱导P19细胞向心肌细胞分化,观察其分化过程中的形态学变化、心肌细胞早期转录因子及特异基因的表达,研究其生物学特性,摸索一种适宜P19细胞心肌细胞分化的方法,提高心肌细胞分化率,为建立高度标准化和最适宜的培养条件奠定基础;摸索心肌细胞定向发育细胞系建立的方法,寻找合适的途径高效诱导非心源性的细胞向心肌细胞分化,为大规模筛选心肌化干细胞,为胚胎干细胞体外大量诱导分化心肌细胞的研究奠定基础。