血管的最内层由内皮细胞形成，而内皮细胞又在心血管系统疾病的发展中发挥作用。因此，人类内皮细胞是“体外”研究这些疾病病因所必需的。波恩大学医院 (UKB) 和波恩大学的研究人员现在已经建立了一种高效、经济且可重复的方法，可以从人类诱导多能干细胞 (hiPSC) 中生成功能性内皮细胞，以便在细胞培养皿中进行测试。该研究结果现已发表在《心血管研究》杂志上。
内皮细胞排列在血管内壁。它们在人体中执行许多任务，例如调节血压和血液凝固。它们还在心血管系统疾病的发展中发挥作用。需要人类内皮细胞来“体外”(即在人体之外)研究这些疾病的基础。“人类诱导多能干细胞 (hiPSC) 是一种很有前途的方法。由于它们尚未分化为特定的组织类型，因此它们有可能分化成许多不同类型的细胞 - 包括内皮细胞，”共同通讯作者 Bernd K. Fleischmann 教授说，他是英国波恩大学生理学 I 研究所所长，也是波恩大学卓越集群 ImmunoSensation 2和跨学科研究领域 (TRA)“生命与健康”的成员。
过去已经开发了各种将 hiPSC 分化为内皮细胞的策略。迄今为止最有效的方法之一是使用不同的生长因子结合纯化步骤来富集成功生成的内皮细胞。在另一种方法中，所谓的转录因子被专门激活以控制 hiPSC 转化为内皮细胞。最近，由美国波士顿哈佛医学院的 George Church 和英国国立大学的 Volker Busskamp 领导的国际研究小组发现转录因子“ETS 变体转录因子 2”(简称 ETV2)是这一过程的重要驱动因素。此外，该团队还开发了一种 hiPSC 系，其中转录因子 ETV2 可以通过添加抗生素强力霉素而被专门激活。这种特殊的干细胞类型被称为“PGP1 ETV2 iso2”。
快速、经济、可重复的获取人类内皮细胞的途径
来自生理学研究所 I 的 Sarah Rieck 博士的研究小组与英国国立大学眼科诊所 Volker Busskamp 教授团队的 Kritika Sharma 一起改进了 PGP1-ETV2-iso2 系的分化方案(ETV2 方案)，并将其与使用生长因子的策略进行了比较。“我们能够证明，我们改进的 ETV2 方案比使用生长因子的方案更有效、更经济，”共同通讯作者兼第一作者 Sarah Rieck 博士说，她也在波恩大学进行研究。这是因为它可以更快地输送内皮细胞，需要更少的培养基添加剂，并且不需要额外的纯化步骤。此外，该过程具有高度的可重复性，可以轻松转移到其他 hiPSC 系。产生的细胞不会被其他细胞类型污染，并且在较长的培养期内也很稳定。它们产生内皮细胞特有的蛋白质，也表现出内皮细胞的典型功能特性。通过修改分化方案，还可以优先获得具有动脉或静脉特征的内皮细胞。
尽管它们与使用生长因子方案分化的内皮细胞相似，但有证据表明 ETV2 方案的内皮细胞成熟度略高。“然而，与来自脐静脉的人类内皮细胞相比，这两种 hiPSC 衍生的内皮细胞都没有完全发育，这可能是由于缺乏外部影响，例如没有血流，”共同作者 Busskamp 教授说，他是 UKB“神经退行性视网膜疾病”研究小组的负责人，也是波恩大学卓越集群 ImmunoSensation 2和跨学科研究领域 (TRA)“生命与健康”的成员。
未来，波恩的研究人员设想，PGP1 ETV2 iso2 系及其产生的内皮细胞将用于模拟和研究与细胞培养皿中的内皮有关的人体血管疾病。Rieck 博士和 Fleischmann 教授正在 DFG 跨区域合作研究中心 (TRR) 259“主动脉疾病”的 C01 项目中研究这一科学问题。内皮细胞还可用于类器官研究，以开发具有血管系统的类器官。“除此之外，我们还对哪些培养方法可以提高内皮细胞分化后的‘成熟度’感兴趣，从而使其特征更接近成人内皮细胞，”Rieck 博士说。