[发明专利]来自患者的诱导性多能干细胞的心肌细胞及其使用方法

说明书

使获自患遗传性心脏疾病个体的人体细胞重编程成为诱导性多能干细胞(iPS细胞)，并且分化为用于分析、筛选程序等应用的心肌细胞。

联邦资助研究与开发

本发明是在国立卫生研究院(National Institutes of Health)授予的合同HL099776下于政府资助下完成。政府享有本发明的某些权利。

背景技术

多种心脏病具有潜在的遗传病因。例如，扩张型心肌病(DCM)是一种特征为心室扩张和心脏收缩障碍的心脏病。DCM是排在冠状动脉疾病和高血压之后最常见的心力衰竭的病因，并且是心脏移植的主要指示。仅在美国，控制DCM的花费已被估计为40亿-100亿美元。治疗的另一种重要病症是肥大型心肌病(HCM)，其中肌节复制导致心肌细胞在尺寸上增加。另外，心肌细胞的正常排列被打乱，这种现象称为心肌混乱(myocardial disarray)。由于9个肌节基因中有1个突变，因而HCM是最常见的。

编码肌节蛋白、细胞骨架蛋白、线粒体蛋白和核膜蛋白以及钙代谢相关蛋白质的基因中的突变与大约三分之一到一半的DCM病例相关联。心脏肌钙蛋白T(cTnT)是肌钙蛋白复合物(肌钙蛋白T、C和I)的3个亚基之一，该肌钙蛋白复合物调节心肌细胞(CM)中肌节细肌丝的活性以及肌肉收缩。cTnT对于肌节组装、收缩和力量产生是必需的。心脏肌钙蛋白T基因(TNNT2)中的突变常导致DCM，并且常常表达为关于在幼年时心脏性猝死和心力衰竭的恶性表型。体外生物化学研究已经发现导致力量产生受损的Ca²⁺敏感性和/或ATP酶活性降低可能是某些TNNT2-突变诱导的DCM的潜在机制。

TNNT2突变的小鼠模型涵盖了人DCM表型并且提供对于该疾病的可能机制的更广泛认识。然而，在小鼠模型和人模型之间存在几种差异。例如，小鼠静息心率比人快约10倍。小鼠CM的电特性、离子通道贡献和心脏发育也与人不同。体外生化试验中的心肌细胞内复杂细胞内互相作用的缺乏和小鼠模型的物种差异，削减了这些方法对于理解DCM的细胞和生理学过程以及药物筛选的价值。

另外，很难得到来自DCM患者的心脏组织并且该组织不能在长期培养中存活。人们对将扩张型心肌病和其它遗传心脏病症的有效细胞模型用于筛选和开发有效的治疗方法有很大兴趣。

药品发现是一个数十亿美元的产业，其包括治疗靶标的鉴定和验证，以及先导化合物的鉴定和优化。在最近几年中，由基因组学和组合化学方法产生的潜在新靶标和化学实体数量激增对筛选程序施加了很大的压力。虽然对有用药物鉴定的回报是巨大的，但是从任何筛选程序命中的百分比一般都很低。理想的化合物筛选方法同时通过如下方式解决这一问题：允许高通量，从而能够测试很多个体化合物；以及提供生物学相关的信息，使得筛选试验产生的信息与化合物的药效良好关联。

对于药效而言，一些更重要的特征是针对靶向细胞或疾病的特异性、在相关剂量下无毒，以及所述化合物对于其分子靶标的特定活性。本发明解决了这一问题。

出版物。使灵长类的分化的体细胞重编程成多能状态的方法包括分化体细胞的核转移、分化体细胞与多能干细胞的融合以及直接重编程，来产生诱导性多能干细胞(iPS细胞)(Takahashi K等，(2007)Cell 131：861-872；Park IH等，(2008)Nature 451：141-146；Yu J等，(2007)Science 318：1917-1920；Kim D等，(2009)Cell Stem Cell 4：472-476；Soldner F等，(2009)Cell.136：964-977；Huangfu D等，(2008)Nature Biotechnology 26：1269-1275；Li W等，(2009)Cell Stem Cell 4：16-19)。