通过结合三维培养和代谢信号增强iPSC心肌细胞的成熟

摘要 人工诱导多能干细胞衍生的心肌细胞（iPSC-CM）已成为疾病建模和药物测试中不可或缺的工具。然而，尽管许多心力衰竭的病因涉及激发-收缩耦合、线粒体能量代谢或两者的缺陷，但iPSC-CM在这些过程的发育不成熟上存在局限。在这里，我们报告了一种组合策略，通过将三维（3D）球体培养条件与一种特定的富含激素和脂肪酸的成熟培养基（MM）结合，以增强人类iPSC-CM的成熟。对结构、电生理和Ca²⁺处理参数的综合分析被执行，以评估细胞和功能成熟度。在这些条件下生成的iPSC-CM（3DMM）展现出许多类似于孤立成人心肌细胞的表型特征，包括（i）杆状形态，（ii）心脏超微结构特征，如排列的肌丝、单向组织的肌节，以及横管（t）-管的存在，（iii）精细的动作电位（AP）参数和Ca²⁺处理，以及（iv）β-肾上腺素能反应性和正的力频率关系。与90天的长期（LT）单层培养或单独的信号（仅3D或MM）相比，3DMM方案在成熟效果上大多表现优越，或至少不劣。该系统研究进一步表明，虽然3D培养或MM单独改善了成熟的特定方面，但只有它们的协同组合才产生了对关键心肌细胞过程（例如激发-收缩耦合和线粒体能量代谢）的全面增强。