细胞重编程是Todd Rosengart博士实验室的主要兴趣，他是贝勒医学院和德克萨斯心脏研究所的心脏和血管疾病教授，他的研究重点是寻找心脏衰竭的创新治疗方法。

“心力衰竭仍然是心脏病致死的主要原因，”Rosengart说。“近500万美国人可能会发展为晚期充血性心力衰竭，心脏移植或机械循环支持植入目前是终末期心脏病患者的唯一选择。然而，这些选择是有限的。我们需要改进治疗这种毁灭性疾病的方法。”

心脏病发作后，死亡的心肌部分不会再生成新的心脏组织;取而代之的是一个不能帮助心脏跳动的伤疤。“细胞重组背后的想法是通过诱导瘢痕组织(主要由成纤维细胞构成)转变成功能性心肌，来指导心脏自我愈合，”Rosengart说。

研究人员已经成功地将小动物的成纤维细胞重新编程，使其变成心肌，从而极大地改善了心脏功能。挑战在于如何将这项技术应用于人类细胞——人类成纤维细胞对重编程更具抵抗力。在这项研究中，Rosengart和他的同事探索了一种新的策略来提高人类成纤维细胞的重编程效率。

贝勒大学外科副教授、共同第一作者Megumi Mathison博士说:“虽然人类成纤维细胞抵抗被重编程，但众所周知，血管中的内皮细胞更有弹性——它们具有自然转分化或转变为其他细胞的能力。这给了我们利用内皮细胞可塑性来提高重编程效率的想法。”

研究人员的想法是，首先诱导成纤维细胞转变成内皮细胞一样的状态，然后用它们的重新编程鸡尾酒处理这些细胞，引导它们变成心肌细胞。他们的预期是，转化为内皮细胞样细胞(一种比成纤维细胞更容易被重新编程的细胞类型)将促进预期的转变为心肌。

“我们很高兴地看到，我们的方法显著提高了人类和大鼠成纤维细胞的重编程效率，”Mathison说。“以前，直接从成纤维细胞中诱导心肌细胞的效率只有3%。采用我们的新方法，效率提高了5倍。在实验室中，成纤维细胞转化为心肌细胞大约需要两到三周的时间。看到重新编程的细胞与周围的心肌细胞同步收缩是令人兴奋的。”

研究人员在大鼠模型上的实验结果表明，他们的新策略可以将大疤痕组织恢复为工作肌肉，这支持他们继续研究，将这一程序引入临床。

Rosengart说:“虽然还需要更多的研究，但我们预计这种新方法可以成为下一代生物疗法的一部分。在未来的情况下，充血性心力衰竭患者将来到医院的导管室，通常被称为导管室。导管实验室有诊断成像设备，可以帮助外科医生在进行手术时看到心脏和周围的血管。在这种设备的帮助下，外科医生将促进纤维母细胞向内皮细胞和心肌细胞过渡的因子直接注入心脏。后续工作将监测程序的进展。”

这项工作与贝勒医学院在人造心脏和心脏移植的历史上所扮演的重要角色密切相关，这项工作由Michael E. DeBakey博士和Denton A. Cooley博士在20世纪50年代和60年代首创。

“多年前，Cooley医生对我说，下一步需要帮助心力衰竭患者的手术，‘Todd，你必须做一些戏剧性的事情。’对我来说，细胞重组是21世纪对这一要求的回应，”Rosengart说。

Megumi Mathison, Deepthi Sanagasetti, Vivek p. Singh, Aarthi pugazenthi, Jaya pratap pinnamaneni, Christopher T. Ryan, Jianchang Yang, Todd K. Rosengart. Fibroblast transition to an endothelial “trans” state improves cell reprogramming efficiency. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-02056-x