开发用于心肌再生治疗的细胞片

细胞表治疗作为严重心血管疾病患者的第三种治疗选择的全球兴趣日益增长

Yoshiki Sawa博士是大阪大学医学院外科医学心血管外科的首席教授。他站在临床医学前沿，继续以极大的热情研究重大心血管疾病的治疗方法。2007年，他是世界上第一个通过再生心脏功能成功治疗扩张型心肌病患者的人。这种治疗是通过从患者自己的腿部提取肌肉细胞，培养细胞形成细胞片，然后将细胞片移植到心脏上，从而实现其运动的再生。除了传统的心脏移植和辅助人工心脏外，这种新方法作为挽救严重心血管疾病患者的第三种治疗选择，正在引起世界各地的兴趣。

01.对尖端医学的彻底调查继承了前“第一外科”的传统

大阪大学医学研究生院的心血管外科、外科医学系(以前被称为“第一外科”系)具有成为日本外科医学领先开发者的传统。首先是该系的第一位教授弗里茨·赫特尔(Fritz Hertel)博士;该项目真正的创始人小泽一郎博士;第二位教授武田义明(Yoshiaki Takeda)，每位首席教授都延续了先进外科治疗的传统。本科一直以来都在不断挑战和引领心血管外科治疗的发展趋势。作为这一历史的例子，该部门的过去成员包括Hisao Manabe医生，他是半个多世纪前日本第一个成功使用人工心肺设备进行心脏直视手术的人;全球人造器官及复杂心脏异常手术治疗权威川岛康悠博士;松田光(Hikaru Matsuda)医生，他的努力重新打开了心脏移植的大门。

此外，该科拥有全国最高的开胸手术成功率，尽管对严重心血管患者的接受率很高。据《日本经济新闻》报道，该科还获得了心血管外科治疗机构的最高AAA评级。

延续这一传统，Yoshiki Sawa博士在真正未开发的研究领域开辟了新的领域，履行了他作为首席教授的角色。他的目标是在疑难心血管疾病的治疗方法上寻找安全的心脏手术实践和突破。

在安全的心脏手术方面，Sawa博士指的是外科手术，如无泵旁路手术，是微创手术，不使用人工心肺设备。他还提到了用支架(一种金属管网络)治疗动脉瘤的方法。Sawa博士寻找治疗方法的方法是“不总是通过简单地使用手术刀来解决手术问题，而是通过被认为是有用的新技术，从患者的角度来看，这些新技术应该被用于最佳利益。”

Sawa博士还表示，在治疗难治性心血管疾病方面，“克服严重的心力衰竭是我们的主要任务。”带着这一使命，他正在从心脏移植和辅助人工心脏的角度研究可能的治疗方法。尽管如此，这些类型的手术治疗并不一定能恢复心肌本身的功能。为了克服这一障碍，Sawa博士正在进行心肌再生治疗的研究。

02.世界上第一个成功的利用自成细胞片进行心肌再生治疗

Sawa博士的第一个尝试是将患者自身的自体细胞植入其心脏。虽然这种方法有明确的治疗效果，但Sawa博士承认心肌细胞给药方法对进一步提高这种治疗效果的重要性。为此，Sawa博士与东京女子医科大学教授Mitsuo Okano博士合作，结合他们8年的反复试验经验，他们开发了一种新的治疗方法。该方法利用自成细胞片实现心肌再生。

2007年5月，Sawa博士的团队是世界上第一个在扩张型心肌病患者中成功实施这种治疗方法的团队。首先，从患者自己的腿部提取肌肉细胞并进行培养。然后，这些细胞被放置在直径约4厘米，厚度约0.1毫米的薄片中。然后将该薄片移植到心脏上，实现了心肌功能的成功再生。在接受这种治疗之前，患者有一个辅助人工心脏，需要心脏移植才能存活。然而，在治疗3个月后，心脏的收缩率有所改善，全身运输的血量恢复到可以移除辅助人工心脏的程度。到当年12月，患者病情好转，可以出院。

与此治疗相关的有效细胞植入使这种方法受到高度重视，从而导致该治疗被称为与心脏移植和辅助人工心脏一起的第三种治疗方案，给患有严重心力衰竭的患者带来希望。

成肌细胞:这些细胞组成肌肉纤维，是肌肉组织的结构元素。单核成肌细胞增殖，然后这些细胞被同化为肌管细胞，最后成为肌纤维。

03.转化研究医学中心:建立再生医学治疗

在取得这一成就之前，Sawa博士还进行了再生治疗的研究，致力于建立一个全面的系统。2002年，他以转化研究为目标，成为大阪大学医院转化研究医学中心的助理主任。通过这个管理职位，他能够与再生治疗所需的设施和人员合作(2006年他成为中心主任)。

在对再生治疗至关重要的自体成细胞细胞的培养中，Sawa博士建立了符合GMP(良好生产规范)的CPC(细胞加工中心=细胞培养制造制备设施)。此外，通过发展和定位必要的工作人员，Sawa博士利用一切可能的手段建立了一个全面的治疗系统。

关于这一事态发展，有人援引Sawa博士的话如下。

“由于之前没有人尝试过这种方法，我们开始在黑暗中盲目摸索。通过政府和制药行业的帮助和支持，我们终于能够加强这一体系。

该中心是一个临床研究中心，是支持面向未来的新治疗方法开发的中间人。由于该中心是大学的一个设施，研究并不局限于基础研究，而是继续研究从临床角度拯救没有其他选择的危重患者的步骤。该中心的最终目标是成为一个细胞培养工厂，作为再生治疗的备份。”

04.只想再救一个严重心力衰竭的病人

泽和医生不断追求新时代的医疗。他开始了他的医疗之旅，因为他的祖父，谁是医生的影响。在他十几岁的时候，他的表弟在一次交通事故中丧生，这使他成为一名医生的决心更加坚定。

在接下来的几年里，佐和医生发挥了他作为心脏直视外科医生的能力，挽救了许多病人的生命。然而，在心脏移植在日本不被认可的许多年里，他也不得不忍受许多他无法帮助的病人。即使现在，脑死亡捐赠者的移植被接受，但由于捐赠者的短缺，可以进行的移植手术数量也很有限。在他推动再生治疗成为现实的背后，是履行作为一名医生的义务的强烈根本需求。

Sawa博士并不认为这种世界首创的细胞薄片是再生治疗的最终目标。为了获得更有效的治疗，他也在考虑使用iPS细胞。以诱导多能性干细胞为基础制造心肌细胞，然后用这些细胞制造薄片，这为治疗方法带来了持续的希望。

iPS细胞:这个术语代表诱导多能干细胞。这些是由体细胞产生的多能干细胞。从理论上讲，人体内的任何细胞组成都可以由iPS细胞产生。

05.提高实验效率，以便将研究结果迅速传递给患者

Sawa博士继续积极推进他的研究，旨在建立心脏功能的再生治疗。为了挽救没有其他选择的危重患者，他正在努力提高研究效率，减少研究人员的工作量，加快研究治疗方法的开发。特别重要的是他的研究团队成员的招募和培训。

根据Sawa博士的说法，“在培养年轻研究人员的同时，把合适的人放在合适的位置，从而提高每个人的积极性是很重要的。通过这样做，一加一可以等于三或更多，可以创建一个具有组织实力的研究体系。”除此之外，他还考虑到可能提高研究效率的设施和设备的投资。

他明确指出:“关键在于减少研究活动中浪费的时间和精力。特别是从全球范围内竞争的角度来看，速度至关重要。此外，我充分意识到，我们越快获得研究成果，对患者越有利。”

另一方面，为了突破这种以前不为人知的治疗方法，Sawa博士指出:“澄清引入这种方法的益处和风险之间的关系是很重要的。”速度快但效果差是不可原谅的。只有在临床前试验期间能够严格证明治疗的相关性和安全性，才有可能过渡到人体临床试验。Sawa博士强调了“在动物试验阶段提供严格客观证据”的重要性。

Sawa博士年轻时通过使用电子显微镜进行研究获得了博士学位，他特别重视从组织学角度收集证据。例如，客观地证明细胞是否繁殖的决定性因素可能取决于是否拍摄了确定的照片。当然，实验的数值数据也很重要，然而，说一张照片就能改变一篇论文的价值并不夸张。仅仅因为这个原因，在未来的几年里，使用一种与观察效率相关并具有卓越功能的显微镜将变得至关重要。Sawa博士说。

06.从整个心脏到细胞水平，观察大鼠心脏很容易

在Sawa博士提出的研究原则基础上研究心肌功能再生治疗的人是三木健二先生，他目前正在攻读硕士课程。他正在研究从成肌细胞到肌管细胞等所有细胞的形成过程，在过去的一年里，他每天都在观察大鼠的心脏。

他正在协助这项研究的设备是KEYENCE BZ系列荧光显微镜。特别使用的函数是多维延时函数，它可以捕捉细胞随时间变化的图像。移植到大鼠心脏的成肌细胞可以通过捕捉和保存这些图像来监测心肌是否随着时间的推移发生了再生。此外，还使用了Z-stack图像捕获功能，该功能可以沿垂直轴捕获图像并生成完全聚焦的图像。

Miki先生正在进行的主要研究是研究使用细胞片进行心肌再生治疗的最有效方法，这种治疗方法已被Sawa教授成功地使用。在这项研究中，Miki先生基于一种新的网络设计开发了一种细胞薄片，改进了传统的圆形薄片。通过分层，他创造了一个细胞可以很容易融入的环境，他希望通过这种方法提高再生效果。在这种类型的研究中，Miki先生表达了使用BZ系列的优势，他说:

“能够观察成肌细胞在一段时间内广泛分布的变化是必不可少的。然而，最大的优势是能够通过延时图像观察多个点(最多30个)。最重要的是，这些图像比我以前处理过的任何图像都更清晰。在很多情况下，我使用不同显微镜的观察图像，但BZ系列的颜色清晰度显然高于其他产品。”

老鼠心脏的直径大约是1厘米。为了了解细胞的再生状况，必须以极弱的角度通过整个心脏的图像来观察心脏。然后，对细胞片中存在的成肌细胞百分比进行放大观察的能力是至关重要的。通过使用BZ系列，可以方便地支持和进行两阶段的宏观和微观观测。

“到目前为止，当查看已发表的研究论文时，有许多局部图像只显示了心脏梗死部分及其边界。能够提供整个心脏的图像使我能够努力得出具有很强说服力的论点。”

据三木说，这款设备最大的吸引力之一是，它可以简单地安装在桌子上使用，甚至不需要暗房来成像。该设备可以放置在实验室的一个角落，只需进行最少的培训即可使用。此外，可选的温度和CO2调节室可用于轻松地进行长时间的原始细胞延时观察。

BZ系列现在有了更多的改进!

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07.以前需要一整天才能完成的图像处理现在只需要一个小时

除了易于观察外，BZ系列还显示出在拍摄图像后节省劳动力的好处。在此之前，三木美木会先将拍摄的图像上传到电脑上，然后使用图像处理软件将不同荧光色的图像叠加在一起。他会从大量图像中选择最集中的图像，然后花无数个小时叠加红色、蓝色和绿色荧光彩色图像。尽管工作时间很长，但也不能保证图像总是清晰的。

在这种情况下，利用BZ系列的最佳聚焦功能，自动从Z-stack上捕获的大体积图像中提取出最佳聚焦的图像。此外，这些提取的图像还可以按时间顺序编辑。Miki先生承认，“有时仅仅是为了编辑图像就浪费了一整天。”但Miki先生解释说，使用BZ系列后，“处理工作可以在一个小时内完成，将所需工时减少到以前的十分之一。”

通过大幅提高观察、图像捕捉和后处理的效率，Miki先生表示，“我们现在能够以更高的精度追求研究结果。”这种能力可以归因于广泛的实验，可以结合这个装置，使工作更容易。以前因为太费时而被放弃的观测现在成为可能。此外，为证明研究成果而拍摄的图像数量也大幅增加。甚至可以说，miki先生通过使用BZ系列获得了Sawa教授所寻求的“客观证据”。Miki先生非常欣赏图像质量，因为所有用于实验记录和会议演示的图像都是使用BZ系列拍摄的。

如今，Miki先生正在采用一种新的方法，研究利用iPS细胞生产大量心肌细胞的方法。目前，在世界范围内，围绕心肌分化诱导的研究有很多案例。然而，即使分化诱导发生，这也仅限于几万个细胞。Miki先生正在寻求建立一种技术，以确保生产出最少几百万个细胞，这对再生治疗表的创建至关重要。通过获得大量的心肌细胞，利用细胞片进行再生治疗将向成为现实迈进一大步。

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08.通过高级血管治疗课程寻求未来的医疗

泽和博士除了作为临床医生全力追求患者的治疗外，还试图作为医学转化研究中心的中心主任建立再生治疗系统。目的是明确未来医学的发展方向。也就是说，为目前没有治疗方法的心血管疾病提供高度安全的医疗和开发治疗方法。

“为了实现这一目标，我们必须超越目前外科和内科药物的界限，从每种药物中提取更好的部分并将其整合起来。从某种意义上说，基于“外科循环系统课程”的概念，我们正在体现一种新的医学。我们目前正在进行的心脏功能再生治疗就是一个例子。在确定的基础研究的基础上，我们希望未来的药物能够迅速进入人体临床试验。”

2007年4月，Sawa博士创建了一个名为“高级血管治疗课程”的课程。我们的想法是，通过这门课程，突破外科和内科治疗的障碍。我们希望从两方面支持病人治疗疾病，一方面使用外科手段，另一方面使用内科药物。这是Sawa博士希望实现的理想治疗系统。泽和博士并不满足于仅仅站在医学研究的前沿，你可以感受到他要极大地改变整个医疗面貌的坚强意志和愿望。

(截至2008年12月)

<常识>心肌病基因治疗

传统医学上对缺血性心脏病等疾病引起的心肌梗死患者的规范是，心肌细胞一旦坏死，就没有恢复的机会。近年来，通过心肌细胞移植实现心肌功能再生的研究进展迅速。