西雅圖華盛頓大學醫學院的研究人員已經成功地創造了不會引起危險心律失常的干細胞，這種並發症迄今已挫敗了開髮乾細胞治療受傷心臟的努力。醫學部幹細胞和再生醫學研究所Chuck Murry實驗室的博士後Silvia Marchiano說：”我們已經找到了我們必須解決的問題，使這些細胞保持安全。”

Marchiano是4月6日星期四發表在《細胞幹細胞》(Cell Stem Cell)雜誌上的一篇論文的主要作者，描述了這些發現。這項工作是與西雅圖的Sana生物技術公司合作完成的。

在早期的研究中，穆里的團隊採用了源自乾細胞的心肌細胞來修補心肌梗塞造成的心臟組織損傷。這種形式的心髒病發作發生在心肌的血液供應受阻時，導致心臟細胞的死亡。由於心臟細胞不能再生，受損的組織被疤痕組織所取代。這損害了心臟的強度，阻礙了其血液泵送功能。廣泛的傷害會最終導致心臟衰竭，甚至死亡。

為了創造他們的治療性心臟細胞，西雅圖研究人員使用了多能幹細胞。與成人幹細胞不同的是，多能幹細胞專門成為特定的細胞類型，而多能幹細胞可以成為身體中任何類型的細胞。

西雅圖華盛頓大學乾細胞和再生醫學研究所(UW Medicine Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine Research)的博士後Silvia Marchiano和研究科學家Hans Reinecke在Chuck Murry實驗室查看心臟幹細胞。

從2012年到2018年，西雅圖團隊成功地將多能幹細胞注射到受損的心壁中，以創造新的肌肉來替代梗塞期間失去的肌肉。動物研究表明，移植的細胞會與心肌融合，與其他心臟細胞同步跳動，並改善心臟的收縮能力。這些發現表明，幹細胞療法有可能被用來拯救受損的心臟。

但有一個主要的並發症。在移植的最初幾週，心臟往往以危險的高速度跳動。除非能找到一種方法來防止或抑制這個問題，否則乾細胞不可能成為心肌梗塞和心力衰竭的安全治療方法。

Murry說：”我們的目標是創造出工作的收縮細胞，使其不會試圖設定自己的節奏。”

在成熟的心臟中，心率是由稱為起搏細胞的專門細胞調節的。這些細胞以固定的時間間隔產生電信號，誘導其他心臟細胞進行收縮。在起搏細胞中，電壓從負值（超極化）到正值（去極化）來回循環。穆里把它比作一個節拍器，正離子通過這些通道咻咻地進出細胞。這種複極化和去極化循環發生的速度決定了心率。

然而，在早期的胚胎心臟中，這個系統還沒有發展起來，其中相對較少的細胞已經成為專門的起搏細胞，而其他的則成為靜止的收縮細胞。所有的細胞都是起搏細胞類型。穆里和他的同事懷疑，移植的干細胞的行為就像早期的胚胎細胞一樣，混亂地產生信號，導致危險的心律。

為了弄清是什麼導致了這些細胞的這種行為，研究人員使用了一種名為RNA測序的技術，以找出在細胞成熟的不同時期，哪些離子通道正在生成。測序顯示，一些類型的離子通道在發育初期出現，然後隨著細胞的成熟而消失，而其他類型的離子通道則在發育後期出現。就像一個正在展開的謎團，這給了研究人員他們的嫌疑人名單。

為了確定哪些離子通道是攜帶導致心律失常電流的罪魁禍首，科學家們使用基於CRISPR的基因組編輯，系統地敲除去極化基因或激活復極化基因。這被證明是令人驚訝的複雜。他們曾假設會有一個單一的離子通道導致心律失常，但沒有一個單基因編輯能消除快速心律。然後，研究人員通過進行雙基因和三基因編輯，進行了艱苦的”打組合拳”的過程。令人不安的是，這些編輯沒有一個能消除心律失常，有些似乎還使其變得更糟。

最後，科學家們創建了一個乾細胞系，其中三個去極化基因被敲除，一個複極化基因被激活。這起到了一定的作用。這些幹細胞產生的心肌細胞在電學上是靜止的，就像成人的心肌一樣，但當給予電信號時，它們就會收縮，模仿自然起搏器。研究人員將這些細胞稱為”MEDUSA”（用於修改電生理DNA以了解和抑制心律失常）。MEDUSA心肌細胞在心臟中移植，成熟為成年細胞，在電學上融入心肌，並與自然起搏器同步跳動，所有這些都不會產生危險的心率。

Murry說，這就是心臟再生的必要條件，但還需要對工程細胞進行更多的測試，他補充說：”我認為我們已經克服了人類心臟再生的最大障礙。