IF50.5｜工程化心肌同种异体移植物修复灵长类及人类心脏

灵长类大动物模型和首例患者数据证实EHM同种异体移植可实现心肌再肌化且无心律失常或肿瘤。

这篇按生信解读号的读法拆：先看背景和问题，再看作者怎么做、做出了哪几条硬发现，最后把数据和代码收走。

研究背景

心肌细胞移植用于心肌再肌化已在多种动物模型中展示出潜力，但面临细胞滞留不足、心律失常和肿瘤形成等挑战。既往小动物异种移植研究受限于免疫排斥，难以预测临床结局。同种异体移植在有效免疫抑制下可避免异种排斥，但缺乏长期存留证据。组织工程心肌（EHM）由iPSC来源的心肌细胞和基质细胞构建，在啮齿类模型中显示可改善心功能，但其在非人灵长类中的可行性、安全性和有效性尚未系统评估。

科学问题

卡在哪里： 异种移植模型存在强烈免疫反应，且无长期存留证据；临床自体移植技术复杂。缺乏稳定的大动物多能干细胞系，阻碍了同种异体移植研究。此外，EHM在慢性心力衰竭模型中的功能整合和血管化机制尚不明确。

本文要回答： 在恒河猴模型中验证iPSC来源EHM同种异体移植的长期存留、剂量依赖性心肌增厚和功能改善，并评估其安全性，为首次人体临床试验提供依据。

技术路线

作者主要用了：snRNA-seq、流式细胞术、组织病理学、MRI、超声心动图、DSA检测。

作者首先建立恒河猴iPSC分化心肌细胞和基质细胞的方案，并通过snRNA-seq和流式确认纯度。随后在裸鼠缺血再灌注模型中验证EHM植入可行性。接着在健康恒河猴中进行剂量递增（1×和5× EHM）和免疫抑制方案优化，观察长期存留和安全性。最后在慢性心衰恒河猴模型中随机分组，评估EHM对心壁厚度、收缩功能和射血分数的影响，并通过灌注MRI和组织学证实血管化。

图 1　Fig. 1。图1展示恒河猴iPSC向心肌细胞和基质细胞的分化流程及EHM构建。免疫荧光显示ACTN2阳性的心肌细胞和VIM阳性的基质细胞。EHM整体染色显示心肌细胞排列和肌节结构。收缩力测量显示恒河猴EHM最大收缩力低于人EHM，但搏动速率更高。

核心亮点

亮点 1｜恒河猴EHM与临床级人EHM等效

通过ABCF+I分化方案，恒河猴iPSC可高效分化为心肌细胞（ACTN2+纯度92±2%）和基质细胞（VIM+>99%）。snRNA-seq分析9,994个恒河猴核和5,515个人核，未发现残留多能干细胞。构建的EHM在细胞组成、结构和收缩性能上与人EHM相似，但最大收缩力较低，搏动速率较高。这为后续灵长类移植研究提供了可靠的细胞来源。

图 2　Fig. 2。图2比较同种异体和自体EHM移植后的组织学结果。H&E和desmin染色显示移植物与宿主左室界面。定量分析显示同种异体移植物心肌细胞存留面积、心肌细胞/EHM面积比和白细胞浸润程度。自体移植物在无免疫抑制下也出现T细胞介导的排斥反应。

亮点 2｜EHM同种异体移植长期存留且剂量依赖性增厚

在健康恒河猴中，1× EHM（40×10^6细胞）和5× EHM（200×10^6细胞）植入后，心肌细胞存留长达6个月。MRI显示靶心壁厚度呈剂量依赖性增加：1× EHM增加1.4±0.3 mm，5× EHM增加4.5±0.6 mm（P<0.001）。免疫抑制方案为他克莫司联合甲泼尼龙，撤除免疫抑制可导致同种异体移植物排斥，验证了可控排斥的救援策略。

图 3　Fig. 3。图3展示心衰模型中EHM移植后6个月的心脏大体和MRI数据。5× EHM移植猴心脏可见明显的心壁增厚。MRI显示EHM剂量依赖性增加靶心壁厚度，且部分动物靶心壁增厚分数和左室射血分数改善。

亮点 3｜心衰模型中EHM改善局部和整体心功能

在缺血再灌注诱导的慢性心衰恒河猴中，2×和5× EHM植入后6个月，靶心壁厚度分别增加1.5±0.8 mm和2.2±0.1 mm，而对照组无变化（P=0.0128和P<0.00001）。6只治疗猴中3只（2只5× EHM）显示靶心壁增厚分数持续增强（+21±0.2% vs 对照组+0.6±3.3%，P=0.0039），其中3只左室射血分数改善（+7±3% vs -2±2%，P=0.0389）。

图 4　Fig. 4。图4展示EHM移植物的功能性血管化。钆基灌注MRI显示EHM区域在4周时即出现灌注信号，且随时间稳定。组织学定量显示EHM内血管密度低于宿主心肌，但足以支持心肌细胞存活。植入心肌细胞体积小于宿主心肌细胞，表达未成熟标志物。

亮点 4｜EHM移植物功能性血管化且无心律失常或肿瘤

钆基灌注MRI显示EHM移植物在植入后4周即出现功能性灌注，且随时间稳定。组织学分析证实EHM内血管密度为281±37条/mm²，低于宿主左室（1,262±71条/mm²）和右室（1,145±59条/mm²），但足以维持心肌细胞存活。植入的心肌细胞呈终末分化（Ki67阴性），体积小于宿主心肌细胞，表达未成熟标志物TNNI1和MYL4。连续ECG监测未发现心律失常，病理检查未发现肿瘤形成。

图 5　Fig. 5。图5展示首例BioVAT-HF患者心脏移植后的EHM移植物。大体照片显示心外膜表面可见EHM移植物。免疫组化显示desmin阳性的心肌细胞延伸至心外膜表面。定量分析显示移植物心肌细胞面积和毛细血管密度均低于宿主心肌。

亮点 5｜首例患者心脏移植后EHM移植物存留

在BioVAT-HF临床试验中，一名接受10× EHM（400×10^6细胞）植入的晚期心衰患者成功接受心脏移植。移植心脏病理显示EHM移植物在3个月后仍存留，心肌细胞面积（947±35 µm²）小于宿主心肌细胞（3,632±168 µm²），毛细血管密度（187±5 mm⁻²）低于宿主（963±12 mm⁻²）。SNV分析确认移植物来源。患者病情稳定，未检测到供体特异性抗体。

生信可带走

这一块是给做分析的人用的，不是科普点缀。

• 方法栈： snRNA-seq、流式细胞术、组织病理学、MRI、超声心动图、DSA检测
• 公开数据： 原文未给出公开组学登录号
• 代码： 原文未给出公开 GitHub/GitLab 仓库
• 谁该点开原文： 从事心脏再生、干细胞治疗和临床转化研究的科研人员及临床医生。

带走一句

组织工程心肌同种异体移植在灵长类中可实现长期心肌再肌化且无心律失常，为临床转化提供了关键安全性数据。