纤维蛋白优于GelMA：优化工程心肌组织构建新策略

原文：A study on extracellular and cellular composition to advance towards the rational design of contractile human myocardium.
期刊：Materials today. Bio（影响因子 10.2） |  PubMed | PMC 全文（含 PDF）

心脏衰竭治疗正迎来工程化心肌组织（hECT）的新时代。近年来，基于人诱导多能干细胞（hiPSC）分化的心肌细胞所构建的心脏补片，已在非人灵长类动物及早期临床试验中展现出使受损心脏“再肌肉化”的潜力。然而，如何在实验室中精准复刻天然人体心肌的三维结构、力学特性与电生理同步性，仍是制约其疗效的关键瓶颈。

发表于《Materials Today Bio》（影响因子 10.2）的一项最新研究，系统评估了细胞外基质成分与细胞组成对工程心肌组织的影响，为理性设计具有收缩功能的人心肌组织提供了重要依据。

核心发现：纤维蛋白表现更优，成纤维细胞并非“越多越好”

研究团队将熔融电写（MEW）纤维支架与 hiPSC 来源的心肌细胞（hiPSC-CMs）及心脏成纤维细胞（hiPSC-CFs）相结合，分别使用纤维蛋白（fibrin）和明胶甲基丙烯酰（GelMA）两种水凝胶进行浇铸，构建了 MEW 复合工程心脏组织（MEW-hECTs，图1）。

结果显示，在测试条件下，纤维蛋白组在组织形成、协调收缩、结构排列及电生理行为方面均优于 GelMA 组。转录组分析（bulk RNA-seq）进一步表明，纤维蛋白-hECTs 呈现出与成熟相关的基因表达特征增强；而 GelMA 组则需要更长的合成环境重塑过程（图2）。

更令人意外的是，在该 MEW 复合体系中，加入心脏成纤维细胞并未改善组织结构，反而损害了心肌构建体的电生理特性。基于实验电生理数据校准的计算模拟提示，CFs 的加入增加了心律失常的易感性。这意味着，在此前常被默认“有益”的细胞配比策略，可能需要重新审视。

方法亮点：先进制造与多组学表征联动

该研究采用了多项前沿技术：利用 MEW 打印具有可控微架构的聚己内酯（PCL）支架，模拟心肌层的平面内收缩；通过乳酸纯化获得高纯度 hiPSC-CMs；并结合成像、结构分析、代谢与电生理检测以及转录组测序，对不同水凝胶和不同 CM:CF 比例（100:0、95:5、90:10、80:20）进行了系统比较。

这种“生物制造 + 下一代测序”的组合策略，使研究者能够从基因表达层面深入解析不同组织设计背后的分子差异，而非仅停留在形态与功能观察。

应用意义：迈向高保真心肌修复

该工作明确指出，在 MEW 支架体系中，纤维蛋白比 GelMA 更适合作为当前阶段的基质材料；同时警示了成纤维细胞比例过高可能带来的电生理风险。这些信息将帮助科研人员更全面地评估工程心肌组织的主要组分，从而逐步逼近天然心脏独特的三维构筑。

随着心脏补片进入更高剂量的临床试验阶段，此类关于“细胞与细胞外成分如何决定组织功能”的基础研究，将为开发更安全、有效且具备强大收缩力的人心肌修复方案奠定坚实基础。

关键图表

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