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科学家在威斯康辛大学干细胞和再生医学研究所研究心脏干细胞。图片来源：迈克尔·麦卡锡

科技日报记者 张梦然

美国威斯康辛大学医学院研究人员设计了不会产生危险的心律失常的干细胞，排除了心脏干细胞疗法的主要障碍。研究结果发表在最新一期《细胞·干细胞》杂志上。

为了创建治疗性心脏细胞，研究人员使用了多能干细胞。从2012年到2018年，团队成功地将多能干细胞注射到受损的心壁中，以制造新的肌肉来替代在梗死期间丢失的肌肉。动物研究表明，移植的细胞会与心肌整合，与其他心脏细胞同步跳动并改善心脏的收缩力。但是这些研究中都发现了并发症。在植入的最初几周，心脏往往以危险的高频率跳动。

在成熟的心脏中，心率由称为起搏细胞的特殊细胞调节。这些细胞定期产生电信号，诱导其他心脏细胞收缩。在起搏细胞中，电压从负（复极化）到正（去极化）来回循环。研究人员将其比作一个节拍器，正离子通过这些通道在细胞内快速进出。这种复极化和去极化循环发生的速率决定了心率。

研究人员使用了RNA测序技术来找出在细胞成熟的不同时间产生了哪些离子通道。测序显示，某些类型的离子通道出现在发育早期，然后随着细胞成熟而消失，而其他类型的离子通道出现在发育后期。

为了确定哪些离子通道是携带引起心律失常的电流的罪魁祸首，科学家们使用基于CRISPR的基因组编辑技术敲除去极化基因或激活复极化基因。他们创建了一个干细胞系，其中3个去极化基因被敲除，一个复极化基因被激活。

由这些干细胞产生的心肌细胞是电静止的，就像成人心肌一样，但是当给予电信号时它们会收缩以模仿自然起搏。这些心肌细胞植入心脏后，成熟为成体细胞，电整合到心肌中，并与自然起搏同步跳动，所有这些都不会产生危险的心率。

研究人员表示，这是心脏再生的必要条件。虽然还需要对工程细胞进行额外的测试，但他们已克服了再生人类心脏的最大障碍。