Humaan Geïnduceerde Pluripotente Stamcel-Afkomstige Cardiomyocyten Ter Studie van Chronische Hart Aandoeningen

Cardiomyopathie is een belangrijke doodsoorzaak bij Alström syndroom (ALMS) en Duchenne musculaire dystrofie (DMD) patiënten. Beide aandoeningen hebben een genetische oorsprong, veroorzaakt door mutaties in respectievelijk het ALMS1 en DMD gen. Ondanks intens onderzoek is tot op heden hun precieze pathologische functie onduidelijk.

Door de ontdekking van menselijke embryonale (ESCs) en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) zijn inspanningen gedaan om de stamceldifferentiatie naar de cardiovasculaire lijn te leiden. De ontwikkeling van cardiovasculaire cellen uit menselijke pluripotente stamcellen (PSCs) verschaft een vernieuwbare bron van menselijke cardiomyocyten (CMs) om hartverwante aandoeningen in vitro te modelleren. Bovendien hebben PSCs potentieel voor andere klinische toepassingen, waaronder screening op efficiëntie en toxiciteit van genessmiddelen, evenals regeneratieve geneeskunde. Echter, een groot obstakel voor uitgebreider gebruik is echter hun immatuur fenotype.

Hier beschrijven we cardiale differentiatiestrategieën van menselijke PSCs om meer mature CMs te verkrijgen voor ziekte-modelleringsdoeleinden. Door de toevoeging van Activine A (ActA) tijdens de vroege fase van hartcel-inductie, induceerden we een endodermale celsubpopulatie die de vroege maturatiestatus van PSC-afgeleide CMs (PSC-CMs) verhoogde, waarschijnlijk door middel van de CRIPTO-1 signaalpathway. Interessant genoeg kan dit ActA-geïnduceerde embryoïde lichaam (EB) -gebaseerde CM-differentiatiemodel een aanhoudende proliferatie-activiteit van postnatale CMs onthullen, wat defecten in de CM-celcyclus van ALMS-patiënten met bepaalde ALMS1-genmutaties suggereert. Bovendien konden we via CRISPR/Cas9 de genetische mutatie corrigeren en vervolgens de ALMS1-eiwitexpressieniveaus herstellen en derhalve de mitogene cardiomyopathie in ALMS-iPSC-CMs rehabiliteren. Een andere strategie om de maturiteit van iPSC-CMs te verbeteren, is om ze verder te differentiëren in een extracellulaire matrix (ECM) die de weefselachtige omgeving nabootst. Wij ontwikkelden menselijke driedimensionale (3D) hartweefsel (EHT) constructen om cardiomyopathie gerelateerde ziektemechanismen in de DMD-pathologie aan te pakken, aangezien dystrofine (DYS) een structurele en signalerende functie in het hart heeft. Ten eerste hebben we een meer immatuur fenotype vastgesteld in iPSC-CMs gedifferentieerd in een klassiek tweedimensionaal (2D) monolagig protocol in vergelijking met iPSC-CMs die werden verder gedifferentieerd in een 3D omgeving. Ten tweede hebben we potentiële mediatoren bevestigd en geïdentificeerd in DMD-geïnduceerde cardiomyopathie, waarvan significante dysregulatie van RNA-transcripten werd aangetoond.

Ter conclusie, we beschreven 3D EB en EHT cardiale differentiatiesystemen van iPSCs geïsoleerd van ALMS- en DMD-patiënten om meer mature CMs te verkrijgen. Onze stamcel-gebaseerde modellen zouden van hoog belang kunnen zijn om ziektemechanismen te verklaren, en uiteindelijk nieuwe therapeutische doelen te vinden om ziekteaanvang of ziekteprogressie te verminderen of aan te pakken.