Durch kleine Moleküle vermittelte schnelle Reifung von iPSC-Kardiomyozyten
Dezember 2022
University Medical Center Utrecht, Utrecht, Niederlande
Aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) abgeleitete Kardiomyozyten (iPSC-CMs) weisen nicht alle Merkmale reifer primärer Kardiomyozyten auf, insbesondere nicht die Fähigkeit, Fettsäuren (FA) als Energiequelle zu nutzen, sie enthalten eine hohe Mitochondrienmasse, weisen Zweikernbildung und einen erhöhten DNA-Gehalt pro Kern (Polyploidie) sowie eine synchronisierte elektrische Leitung auf. Diese Unreife stellt einen Engpass für ihre Anwendung (1) in der Krankheitsmodellierung dar, da die meisten (genetisch bedingten) Herzkrankheiten erst im mittleren Lebensalter auftreten, und (2) für klinisch relevante Modelle, bei denen Integration und funktionelle Kopplung entscheidend sind. Bislang wurden mehrere Methoden zur Verbesserung der iPSC-CM-Reifung beschrieben; diese Protokolle sind jedoch mühsam, kostspielig und nicht leicht skalierbar. Hier wurde ein einfaches, kostengünstiges und schnelles Protokoll zur Förderung der Kardiomyozytenreifung entwickelt, bei dem zwei kleine Moleküle als Aktivatoren des Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptors β/δ und des Gamma-Coaktivators 1-alpha (PPAR/PGC-1α) eingesetzt werden: Asiasäure (AA) und GW501516 (GW).
Die Inkubation von Monolayern von iPSC-CMs mit AA oder GW führte zu einer erhöhten Expression von Genen, die mit dem FA-Stoffwechsel zusammenhängen, und von Markern für mitochondriale Aktivität. Mit AA behandelte iPSC-CMs reagierten besser auf Inhibitoren der mitochondrialen Atmungskette und zeigten eine höhere Flexibilität bei der Substratnutzung. Darüber hinaus verbesserte sich die strukturelle Reife nach der Behandlung, was durch einen Anstieg der mRNA-Expression sarkomerbezogener Gene und eine höhere Kernpolyploidie in AA-behandelten Proben belegt wurde. Darüber hinaus führte die Behandlung zu einer erhöhten Expression von Ionenkanalgenen und Proteinen.
Insgesamt konnten die Forscher eine schnelle, einfache und kostengünstige Methode entwickeln, um die Reifung von iPSC-CMs durch PPAR/PGC-1α-Aktivierung einzuleiten. Die Behandlung mit AA oder GW führte zu einer verstärkten metabolischen, strukturellen, funktionellen und elektrophysiologischen Reifung, die anhand einer multiparametrischen Qualitätsbewertung bewertet wurde.
Small molecule-mediated rapid maturation of human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes
Alain van Mil
Eingestellt am: 02.05.2023
[1] https://stemcellres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13287-022-03209-z
