崭新策略於活体训练干细胞以增强其心脏修复效能
人体干细胞被视为其中一种有潜力用作心脏再生治疗的细胞，但是由於它们被移植到衰竭的心脏後，效能不佳，窒碍了这些细胞的临床应用。最近，香港城市大学（香港城大）一名干细胞生物学家与合作团队，便提出名为“活体启动效应”的新策略，做法是於受损心脏上植入3D立体打印出来丶如伤口敷料贴般的贴片，干细胞就在贴片上“受训”以保持效能。该研究的正面结果表明，活体启动策略可被用作提升心脏修复效果的有效方法之一。
城大生物医学系助理教授潘基沅博士，与韩国的心脏病专科医生以及3D打印专家合作，取得这项突破。他们的研究结果已发表在科学期刊《科学进展》 （Science Advances）上，题为〈In vivo priming of human mesenchymal stem cells with hepatocyte growth factor-engineered mesenchymal stem cells promotes therapeutic potential for cardiac repair〉。
衰竭心脏的恶劣环境不利干细胞存活
以再生治疗（regeneration therapy）去治疗俗称为心脏病发的心肌梗塞，其中一个建议方法是将人体干细胞直接注射进衰竭的心脏里。当中，人体的间充质干细胞（human mesenchymal stem cells, hMSCs）的安全性已被证实，而且具有显着的旁分泌作用，能够促进新血管的形成和抑制细胞死亡，因而被视为具有临床应用的潜力。然而，潘博士说：“因为衰竭心脏的微环境对这种人体干细胞来说非常恶劣，令它们难以存活，所以临床试验结果令人失望。”
研究人员因此不断探索提升人体间充质干细胞在衰竭心脏内存活率的方法。潘博士解释说：“利用‘启动’（Priming）效应，或称为‘预处理’（preconditioning），是令细胞变得更强的常用策略，实际的做法是通过特定的刺激去教育细胞，於是当它们被转移到恶劣的环境时，就会懂得按着从训练累积的经验作出反应，抵御恶劣的生存环境。”
启动效应的训练一般是在生物身体以外（in vitro），即细胞移植到心脏之前进行。“但是以这种方式训练细胞的启动效应，通常只能持续两三天。为了延长启动效应的持久度，我想出了‘活体（in vivo）启动’的概念，即直接在生物衰竭的心脏上，训练人体间充质干细胞。”潘博士说。
新策略：活体启动人体间充质干细胞
研究团队为了证明这个概念的可行性而进行实验，首先使3D打印而成的贴片含有两种间充质干细胞，即分别是来自人体骨髓的间充质干细胞，和经基因改造丶带有人体肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor）蛋白的间充质干细胞。肝细胞生长因子与细胞存活丶血管形成和抗纤维化等过程有关，并且在成人器官再生和伤口愈合中担当重要角色。
研究人员然後将带有干细胞的贴片如伤口敷料贴一样，覆盖在老鼠心肌梗塞的梗塞范围上面。潘博士说：“经基因改造的间充质干细胞可以持续地分泌人体肝细胞生长因子，从而训练贴片内的间充质干细胞，令它们变得‘更强’。”
他补充指出，为了防止出现细胞突变或其他不良後果，研究人员没有将基因改造过的细胞直接注射进心脏内，而是将细胞封装在贴片里，然後才放在心脏的表面。贴片由以猪只心脏的细胞外间质（extracellular matrix）经处理後制成的水凝胶3D打印而成，用来模拟心脏组织特有的微环境。
团队的研究发现，在老鼠活体衰竭心脏的表面的贴片上，接受过训练的人体干细胞的存活率，高於没有受训的干细胞。受过训练的干细胞释放出更多的旁分泌因子，有利修复受损的心肌组织和脉管系统的再生。
潘博士说：“我们发现贴片在植入心脏表面八周後，受训过的细胞仍然存活，而且以功能相比，被训练过的细胞也显着改善了老鼠的心脏功能，并促进了血管再生。”
启动效应持久度大为改善
潘博士总结道：“我们是首个成功在活体心脏中，利用启动效应来强化人体间充质干细胞的团队。但更重要的是，我们证明了以『活体启动效应』策略来训练人体间充质干细胞，可以提升心脏修复的治疗潜力，希望此项研究结果能对未来相关的干细胞疗法带来重大意义。”团队花上两年多的时间才取得这个了不起的成果，下一步将会探讨在体型较大的动物身上进行同样实验，甚至探究进行临床试验的可能性，以及改善贴片的结构。
潘博士丶浦项科技大学的Jang Jinah博士和加图立大学的Park Hun-Jun教授是该论文的主要作者。城大生物医学系博士研究生李性勋亦有参与这项研究。
这项研究获得城大丶香港研究资助局丶韩国国家研究基金会丶韩国教育部以及韩国科学技术信息通信部的资助进行。
DOI number: 10.1126/sciadv.aay6994
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