[发明专利]来自成体干细胞的诱导型起搏细胞和浦肯野细胞

说明书

通过SHOX2TBX5HCN2的顺序激活，将成体干细胞重新编程以形成起搏细胞和浦肯野细胞。这些浦肯野细胞自发地围绕更大的起搏细胞并与这些起搏细胞连接，从而形成诱导型窦房体，所述诱导型窦房体产生趣味电流并且可以以类似于自然窦房结的方式使心血管组织搏动。

先前相关申请

本申请涉及于2015年12月28日提交的U.S.14/980,274“Induced Pacemaker andPurkinje Cells from Adult Stem Cells”，其全部内容出于所有目的并入本文。

公开领域

本发明涉及用于产生用于治疗心律失常的非收缩的、电活性的诱导心肌细胞的方法，以及用于增强心脏电活动的细胞的诱导产生和形成，例如由此产生并用于此目的的心脏的窦或窦房结细胞和浦肯野细胞。

背景技术

心脏(图1A)是将血液泵送通过循环系统的血管的肌肉器官。在由右心房和左心房以及右心室和左心室组成的健康的哺乳动物心脏中，因为心脏瓣膜防止回流，所以血液仅一个方向流经心脏。心脏被包围在保护囊，心包中，其也包含少量液体。心脏壁由三层组成：心外膜、心肌和心内膜。

窦房结(sinoatrial node)(通常缩写为SA结或SAN；通常也称为窦房结(sinusnode)，不太常见的是窦房结(sinuatrial node))是心脏的起搏点，并负责心跳的起始。它位于上腔静脉和心房的交界处，尺寸约为5毫米×2厘米。它自发地产生一个电脉冲，在整个心脏传导之后，导致心脏收缩。虽然电脉冲是自发产生的，但脉冲的速率(以及因此的心率)由支配位于心脏的右心房(上腔室)中的窦房结的神经来修改。

房室(AV)结是协调心腔收缩的心脏电传导系统的一部分。它将心房和心室电性连接(图1B)。AV结是心房和心室之间的专门组织区域，特别是在冠状窦开口附近的房间隔的后下部区域，其将正常电脉冲从心房传导到心室。AV结相当紧凑(约1x 3x 5毫米)。它位于科赫三角形的中心-由三尖瓣隔膜瓣、冠状窦和房间隔的膜部分包围的三角形。

AV结的远端部分被称为希氏束。希氏束在室间隔中分裂成两个分支，左束支和右束支。左束支激活左心室，右束支激活右心室。两个束状分支逐渐缩小以产生许多浦肯野纤维，这些纤维刺激个别心肌细胞群收缩。

趣味电流(或趣味通道，或If或IKf，或起搏电流)是指心脏中的特定电流。在20世纪70年代后期首次在浦肯野纤维和窦房结肌细胞中描述，心脏起搏“趣味”电流已被广泛表征，并且其在心脏起搏中的作用已被研究。

趣味电流在自发活动的心脏区域高度表达，如窦房结、房室结和传导组织的浦肯野纤维。趣味电流是一种混合钠-钾电流，其在舒张压范围(通常从-60/-70mV到-40mV)的电压下超极化时激活。当在窦房结动作电位结束时，膜在低于If阈值(大约-40/-50mV)时复极化，趣味电流被激活并且提供向内电流，其负责开始舒张性除极相(DD)。通过这种机制，趣味电流控制窦房肌细胞的自发活动率，从而控制心率。

起搏电流的分子决定因素属于超极化激活的环核苷酸门控通道家族(HCN)，其中4种亚型(HCN1-4)迄今已知。基于它们的序列，HCN通道被分类为电压门控K+(Kv)和环核苷酸门控(CNG)离子通道超家族的成员。

简而言之，控制心跳的电信号可以描述如下。电脉冲开始于SA结。电活动通过心房的壁传播并导致它们收缩。这迫使血液进入心室。AV结的功能就像是一个能够在电信号进入心室之前减缓电信号的门。这种延迟使心房有时间在心室之前收缩。经过这段延迟时间后，刺激发散，并通过左右希氏束传导至心脏各侧的相应浦肯野纤维，以及心脏心尖处的心内膜，最后传导至心室外膜。希氏-浦肯野纤维网络将脉冲发送到心室的肌肉壁并使其收缩。这迫使血液从心脏流向肺部和身体。SA结触发另一个脉冲，循环再次开始。