利用3D生物列印技術在體外構建具有正常功能的人類心臟器官無疑將為需要心臟移植的患者帶來福音。但由於缺乏包括房室結細胞在內的一些重要細胞型別，構建具有正常功能的心臟器官仍然頗具挑戰。房室結細胞是心臟傳導系統的重要組成部分，可延遲心房與心室之間的電傳導，從而保證血液能高效地被運送到全身。而具有正常功能的人多能幹細胞來源的房室結細胞的體外分化策略尚無報導。
2024年2月15日，廈門大學附屬心血管病醫院任潔研究員團隊在Cell Stem Cell期刊發表了題為：Canonical Wnt signaling directs the generation of functional human PSC-derived atrioventricular canal cardiomyocytes in bioprinted cardiac tissues 的研究論文，該研究建立了在體外獲得功能性的人多能幹細胞來源的房室結細胞的分化策略。
透過模擬房室結細胞的體內發育過程，研究團隊在人多能幹細胞體外特定分化時期啟用經典Wnt訊號通路，獲得了具有房室結細胞形態並表達房室結細胞標記基因的多能幹細胞來源的房室結細胞，並透過免疫熒光染色技術在蛋白表達水平對標記基因的表達進行了充分驗證。接下來，研究團隊利用單細胞測序技術，發現這些房室結細胞的轉錄組不僅與小鼠胚胎房室結細胞的轉錄組具有相似性，而且其轉錄組顯著富集與心臟傳導和心臟收縮相關的基因集，同時其轉錄組完全不同於人多能幹細胞來源的心臟起搏細胞或者未成熟的心肌細胞，進一步證明這些房室結細胞在基因表達水平上具有房室結細胞的基因表達特徵。
隨後，研究團隊又透過H3K27ac ChIP-seq表觀遺傳分析，發現這些房室結細胞標記基因的增強子區域都有顯著的H3K27ac峰值，與小鼠胚胎房室結細胞的表觀遺傳特徵相一致，從而證明這些房室結細胞在表觀遺傳水平上也具有房室結細胞的顯著特徵。同時這些房室結細胞的活性增強子區域顯著富集轉錄因子TCF/LEF基序，說明經典Wnt訊號通路對這些房室結細胞相關基因的啟用具有關鍵作用。
接下來，研究團隊透過單細胞膜片鉗技術，發現這些房室結細胞表現出類似房室結細胞的動作電位，進而從電生理水平上證明這些細胞具有房室結細胞的電生理特性。最後，利用3D生物列印技術，研究團隊還在體外構建了“迷你蝴蝶結”模型，並發現這些房室結細胞在模型中具有延遲電傳導的功能，從而進一步證明這些人多能幹細胞來源的房室結細胞具有房室結細胞的正常生理功能。
綜上所述，該研究透過在特定分化時期啟用經典Wnt訊號通路，獲得了人多能幹細胞來源的在形態水平、分子水平、轉錄組水平、表觀遺傳水平，以及功能水平與體內房室結細胞具有相似特徵的房室結細胞。
該研究不僅為房室結髮育與疾病模型的構建提供了可能的策略，而且也為未來構建具有正常功能的人類心臟器官提供了可能的細胞來源。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.01.008
