電刺激可以調節和同步新生心臟細胞的跳動屬性

根據一項發表于《Nature Communications》期刊的新研究，哥倫比亞大學工程研究人員發現，電刺激生成自干細胞的人類心肌細胞（cardiomyocytes），能夠輔助其發育和功能。這項研究由生物醫學工程和醫學科學教授Gordana Vunjak-Novakovic領導，研究團隊使用所設計的電信號（模擬發育心臟中的信號）來調節和同步新生心肌細胞的跳動屬性。

心血管疾病是*的主要健康問題之一，尤其是心臟不能自我修復：如果心肌細胞因為損傷或疾病而丟失，它們的再生能力非常微弱。科學家們一直試圖開發新的方法，通過使用生長自患者皮膚和血液細胞的心肌細胞來再生心臟。

要取得成功，這些心肌細胞就需要響應和整合到周圍的心肌。但是，目前衍生自干細胞的人類心肌細胞存在不成熟和跳動不規則問題，這限制了它們在再生醫學和生物學研究中的效用。

"我們取得了令人興奮的發現"Vunjak-Novakovic說，"我們應用電刺激使這些細胞成熟，調節它們的收縮功能，并提高它們相互的能力。事實上，我們"訓練"這些細胞采用心臟的跳動模式，改善重要心臟蛋白質的組織，并幫助這些細胞變得更具有成體-樣。這種預處理是生成強健細胞的重要步驟，對廣泛的應用領域都是有用的，包括心肌細胞生物學、藥物測試和干細胞療法研究。我們認為我們的方法可能減少以細胞為基礎的心臟再生過程中的心律失常。"

該研究共同領導作者George Eng和Benjamin Leezui近獲得了生物工程醫學系的博士學位，同時是醫學博士研究生。研究團隊從人類干細胞生成了心肌細胞，并將它們設計成三維結構。然后，他們使用電信號刺激這些結構，所使用的電信號模擬自一周大健康心臟中的電信號。他們表明，這種電刺激增加了心肌細胞的連接和肌肉收縮的規則性。

研究人員計劃開展關于未成熟心臟如何發展其跳動功能的基礎研究，同時調查這些"經調整處理的"心肌細胞是否有能力無縫整合到心臟肌肉并提供同步的跳動功能。

"心臟器官包含大約30億細胞，這些細胞響應電信號而同步跳動，這其中的復雜性令人驚異"Vunjak-Novakovic說，"我們使用生物工程工具來概括生物學的能力將繼續推動我們的工作，并成為靈感的源泉。我們經常認為，這可能是有史以來追求生物醫學工程研究的時間！"

Lee補充道："作為一名工程和醫學學生，我對如何將這些經電調整處理的心肌細胞用于臨床特別感興趣。"