[发明专利]人诱导多能干细胞衍生的心肌细胞的内向整流的电子表达

说明书

提供了用于改善iPSC衍生的心肌细胞的动作电位形态以及使用这种细胞的系统和方法。改善的形态可以包括，例如，生理静息膜电位。测量肌细胞的膜电压以及基于膜电压将合成的内向整流电流施加到心肌细胞。

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2013年5月17日的第61/824,507号美国临时申请的优先权，其公开的内容通过引用并入本文中。

关于联邦资助的声明

本发明是在来自美国国立卫生研究院的授权号为HL093631和HL062465的政府支持下完成的。政府对本发明具有一定的权利。

背景技术

术语“诱导多能干细胞”或iPSC是指由非多能细胞人工制备的一类多能干细胞。iPSC衍生的心肌细胞是有用的实验系统，该系统具有很大的潜能。他们为心脏修复、药物的安全性设计和测试、临床诊断和研究提供创新的人源制剂。iPSC衍生的心肌细胞提供了影响重现健康的人心肌细胞的活动的细胞的机会，否则其很少用于综合实验研究。人源iPSC衍生的心肌细胞提供了开发心功能预测工具的能力。

尽管有iPSC衍生的心肌细胞的可能性，然而已经注意到这种方法的问题，引起关于它们在研究心律失常机制和药物安全性筛选中使用的严重关注。iPSC衍生的人源心肌细胞的动作电位(AP)通常称作“不成熟表型”。缺乏预期的典型尖峰和穹顶类型的AP形态引起了对iPSC衍生的人心肌细胞用于研究Brugada综合征和其他J-波或早期复极化相关的心律失常的遗传基础的能力的严重关注。除了明显不太复杂的复极化谱之外，iPSC心肌细胞也显示自发收缩活动。这种收缩活动伴随着相应的舒张期去极化，而产生自发AP。因此，虽然可以诱导iPSC发育成心肌细胞样细胞，但是它们未能表现出使这些细胞能用在心肌细胞功能的评估中或用于作用于心肌细胞的药物的筛选中的电生理特性。

发明内容

在本公开中，我们通过在电流钳下将I_K1分量以电子方式添加到人源iPSC衍生的心肌细胞中来评估减少这些心肌细胞中的内向整流电流(I_K1)的作用。该方法表明了I_K1的强大影响力以及在复极化和潜在地致心律失常行为方面其表达产生重要的生理差异的程度。我们证明了人工替换I_K1产生具有AP的人源iPSC衍生的心肌细胞，该心肌细胞在AP行为上更接近于新分离的人源心肌细胞。

在一个方面，本公开提供了用于改善iPSC衍生的心肌细胞的动作电位形态的系统。改善的AP形态可以包括，例如，生理静息膜电位、尖峰和穹顶动作电位。该系统包括具有用于测量肌细胞的膜电压的膜片钳和与电极电子通信的生成电路。生成电路被配置为基于膜电压计算内向整流电流的值并基于计算出的值将合成的内向整流电流施加到所述肌细胞。

该方法有很多应用并使该电生理系统的综合分析成为可能，还允许筛选对心房或心室细胞缺陷特异的药物。本公开的iPSC心肌细胞可用于离子通道病的解释、药物筛选和潜在心律失常发生的评估。通过消除许多自发活动和不稳定行为的非生理性结果，该工具对研究复极化的动力学是有用的。它已应用到察看疾病状态中复极化的基因调控的研究性学习中，以及充当药物研究中的数据判读和药物性心律失常电位的安全性筛选中的辅助工具。根据所获得的数据，它也可以用来修改治疗方案。

在一个方面，本公开提供了用于在iPSC衍生的心肌细胞中产生具有改善形态的动作电位的方法。该方法包括测量肌细胞的膜电压的步骤；基于所测量的膜电压计算内向整流电流的值；以及将合成的内向整流电流施加到肌细胞从而使肌细胞产生具有改善形态的动作电位。

在一个方面，本公开提供了用于区分具有心房细胞样的电性特征的iPSC衍生的心肌细胞与表现出心室细胞样的电性特征的iPSC衍生的心肌细胞的方法。

在一个方面，本公开提供了用于筛选可以影响心房细胞或心室细胞的电性特性的候选试剂的方法。该方法包括鉴别iPSC衍生的心肌细胞是否表现出心房表型或心室表型，然后测试假定药物影响心房功能或心室功能的效果。