澳門大學健康科學學院教授陳國凱及副教授邵寧一的研究團隊與該學院生物成像及幹細胞核心實驗中心合作，建立體外心肌分化新方法。該研究揭示，在培養細胞的關鍵階段進行傳代操作，即把細胞分到新的培養皿里再重新培養，能促使幹細胞變成心肌細胞, 且產量翻近 10 倍；而且這些心肌細胞還能一直增殖、更快長成成熟細胞，不管是研發相關藥物，還是未來用細胞治病，都可用這方法高效、穩定地造出心肌細胞。相關研究已發表於國際知名期刊《國際生物科學期刊》（International Journal of Biological Sciences）。
體外誘導生成的心肌細胞可用於心臟病治療、藥物篩查、毒性檢測，是科學研究和臨床治療的寶貴資源。如何在短時間內穩定地製備出大量高品質心肌細胞，是產業化與再生醫學的瓶頸。傳統單層分化多採用靜止培養模式，細胞在整個分化過程中始終維持與基質的黏附，生長在無法延展的培養皿表面，研究人員通過化學藥物對高度保守的細胞間訊號傳遞系統WNT訊號通路進行時序調節以實現心肌誘導。在該模式下，細胞生長環境擁擠、營養與空間不足，早期即停止增殖。澳大研究團隊提出一個簡單問題：若在分化中期進行細胞傳代，短暫重置細胞-基質貼附，會發生什麼？
事實證明，在分化的正確時間節點對中胚層前體細胞進行一次傳代（解離並重新鋪板），不但可以維持細胞持續增殖、保持良好的細胞狀態，甚至可在不加入訊號通路化學抑制劑的情況下，引導細胞定向分化為心肌譜系。也就是說，傳代這一物理操作本身，即足以改變細胞命運。
這一出乎意料的結果促使團隊展開了進一步研究，探索細胞-基質貼附對細胞的各方面影響。實驗結果表明，細胞貼附的重塑可以調節整合素（integrin）訊號。整合素（integrin）是一類跨膜受體，負責把細胞外基質（ECM）訊號傳入細胞內。通過這條通路，細胞傳代可達到激活AMPK、抑制PI3K/AKT訊號通路的效果，而這兩者均在心肌分化中起到重要作用。在靜態培養環境中以化學藥物調節整合素通路，亦可模擬細胞傳代的效應。
研究團隊隨即對這一全新心肌誘導方法進行了優化。經驗證，該方法在多種人類多能幹細胞系中均有效，適用於各種細胞培養基質，且與WNT抑制劑可產生協同。通過傳代誘導生成的心肌細胞可在分化同時維持持續增殖，且心肌細胞成熟速度與傳統的靜態平台相比顯著提升。該方法簡單、可放量、易標準化，7至10天即可獲得高純度心肌細胞，且產量與一致性顯著提升。傳代時可以按需要採用各種比例，在較高稀釋比例（如1:20）下，產量較傳統靜態培養可提升達約10倍。
團隊指出，通過重塑細胞貼附改變細胞命運，是幹細胞定向分化領域的全新思路。除了心肌分化之外，在其他分化體系中於“關鍵時窗”調控細胞貼附，亦完全可能提升目標細胞產生效率，獲得以往難以成功分化的細胞類型，或提高其他種類細胞的產率與品質以用於研究與治療。
該研究通訊作者為陳國凱與邵寧一；共同第一作者為澳大生物成像及幹細胞核心實驗中心營運經理劉蔚蔚和健康科學學院博士生劉楚羽。該學院博士生王倩及南京艾爾普再生醫學科技有限公司成員亦對研究作出貢獻。該項目由澳大（檔案編號：MYRG‑GRG2023‑00137‑FHS‑UMDF、MYRG‑GRG2024‑00192‑FHS）、澳門特別行政區科學技術發展基金（檔案編號 ：0010/2023/AKP、0059/2019/A1、0123/2019/A3、0085/2023/AMJ、0002/2023/RIB1、0073/2023/ITP2）、南京市科學技術局（檔案編號 ：2023A05050）、國家重點研發計劃（檔案編號 ：2022YFA1105000）資助。全文可瀏覽：https://www.ijbs.com/v21p6542.htm。
陳國凱研究團隊
邵寧一研究團隊