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造血幹細胞 藉融合與轉分化形成新心肌再生

【2015.02.16/ 新聞大聯盟台北訊】中央研究院生物醫學科學研究所副研究員謝清河博士,領導之研究團隊近日發表一項研究成果,確認血液循環細胞(circulating cell) 可以透過融合(fusion)及轉分化(trans-differentiation) 二種方式,自然形成新的心肌細胞,開啟利用自體造血幹細胞,進行心肌再生的新希望。

此研究挑戰2004年二篇發表在《Nature》雜誌的心血管研究成果,當時認為造血幹細胞(hematopoietic stem cell)不會在心肌梗塞後形成新的心肌細胞(cardiomyocyte, heart cell)。此篇研究論文,已於2月13日刊登於國際心血管研究重要期刊《Circulation Research》。

有關血液細胞在心肌細胞再生的研究,傳統研究方法是利用骨髓細胞移植,此種方法發現血液或骨髓中的細胞,在心臟受損後會透過血液循環進入心臟,並表現心肌細胞特有的標的物質,以此證實血液細胞可能是經由轉變成心肌細胞的方式來參與心臟治療。

2004年史丹佛大學Robbins實驗室,利用共體循環系統(parabiosis)來探究循環中血液細胞在心臟受損後所扮演的角色,發現血液細胞不會變化成心肌細胞。

2014年,謝清河博士領導的研究團隊發現:心臟受損早期的發炎反應,對組織受損後心肌細胞能否再生相當重要。面對與前人迥異的研究成果,研究團隊進一步設想利用共體循環手術時,必須考量建立共體循環的時間點。因此,在這項最新的研究中,團隊於動物間的共體循環,建立穩定後才進行心肌梗塞手術,此舉確保早期的發炎反應能夠及時,並有效的在二種動物間進行傳遞。

研究團隊利用超音波即時分子影像(real-time molecular imaging),結合Cre-Lox基因轉殖鼠進行成鼠心肌細胞血統追蹤(cell lineage tracing),發現由骨髓細胞衍生的循環細胞參與心肌再生的方式有兩種:一、與原本存在於心臟內的心肌細胞融合;二、透過轉分化形成新的心肌細胞。

先前研究指出,肌肉細胞融合具保謢心肌細胞免於細胞凋亡及促進其生存功能,而循環細胞在心臟受損後,具分化成心肌細胞的能力,更可提供另一個替補心肌細胞的來源。

這項實驗結果挑戰2004年史丹佛大學與華盛頓大學提出的二篇研究結果,直接證明血液循環細胞,對於心肌再生扮演相當重要的角色,亦證實早期的發炎反應在內生性幹細胞替補心肌細胞的過程中,扮演關鍵角色。

充血性心衰竭是全球主要死因之一,大多是因為冠狀動脈阻塞、造成心肌梗塞所引起。心臟本身是一個自我修復能力非常有限的器官,而冠狀動脈阻塞會導致大量心肌細胞迅速死亡,因此形成組織纖維化,接著是心室重塑、擴大及功能變差,最終導致心衰竭,乃至死亡。

謝清河博士領導的實驗室,一直以臨床應用為最終目標,若能進一步瞭解循環幹細胞被活化成心肌細胞的控制機轉,將可藉由調控此一機轉的方法,加速促進其分化形成功能性的心肌結構,達成真正的心肌再生。

這個治療方式,相較於傳統施打外來細胞的治療方式,具有避免細胞排斥的疑慮。因此,該研究的發現,對於心臟疾病治療之應用具備重要潛能,也更具有臨床應用價值。

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