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L'infarto miocardico (MI) è una malattia grave in tutto il mondo. Le malattie cardiovascolari (CVD) sono la principale causa di morte in tutto il mondo e rappresentano circa 18,6 milioni di decessi nel 20191,2. La mortalità totale delle CVD è diminuita nell'ultimo mezzo secolo. Tuttavia, questa tendenza è stata rallentata o addirittura invertita in alcuni paesi non sviluppati1, il che richiede trattamenti più efficaci delle CVD. Come una delle manifestazioni fatali di CVD, MI rappresenta circa la metà di tutti i decessi attribuiti a CVD negli Stati Uniti2. Durante l'ischemia, con il blocco delle arterie coronarie e l'apporto limitato di nutrienti e ossigeno, il miocardio subisce gravi cambiamenti metabolici, compromette la funzione sistolica dei cardiomiociti (CM) e porta alla morte del CM3. Numerosi approcci nella ricerca cardiovascolare sono stati esplorati per riparare le lesioni cardiache e ripristinare la funzione del cuore ferito4. La riprogrammazione cardiaca diretta è emersa come una strategia promettente per riparare il cuore danneggiato e ripristinarne la funzione5,6. Con l'introduzione di Mef2c, Gata4, Tbx5 (MGT), i fibroblasti possono essere riprogrammati in iCM in vitro e in vivo, e questi iCM possono ridurre l'area cicatriziale e migliorare la funzione cardiaca7,8.
Sebbene la riprogrammazione cardiaca sia una strategia promettente per il trattamento dell'infarto miocardico, rimangono una serie di sfide. In primo luogo, l'efficienza, la purezza e la qualità della riprogrammazione non sono sempre così alte come previsto. L'incentivo MGT può raggiungere solo l'8,4% (cTnT+) o il 24,7% (αMHC-GFP+) del totale dei CF da riprogrammare in iCM in vitro7, o fino al 35% in vivo8, il che ne limita l'applicazione. Anche con più fattori indotti nel sistema, come Hand29 o Akt1 / PKB10, l'efficienza di riprogrammazione è ancora appena soddisfacente per essere utilizzata in un ambiente clinico. Pertanto, sono necessari ulteriori studi incentrati sul miglioramento dell'efficienza di riprogrammazione in questo campo. In secondo luogo, l'integrità elettrica e le caratteristiche di contrazione degli iCM sono importanti per il miglioramento efficiente della funzione cardiaca, ma sono difficili da valutare. Attualmente, i metodi di valutazione ampiamente utilizzati nel campo, tra cui la citometria a flusso, l'immunocitochimica e la qPCR di alcuni importanti cv di espressione dei geni, sono tutti focalizzati sulla somiglianza di iCM e CM, ma non direttamente correlati alle caratteristiche funzionali degli iCM. Inoltre, tali metodi hanno procedure relativamente complicate e richiedono molto tempo. Mentre gli studi di riprogrammazione di solito comportano uno screening dei potenziali fattori di riprogrammazione che promuovono la maturazione degli iCM11, la riprogrammazione cardiaca richiede un metodo rapido e conveniente basato sulla funzione degli iCM.
I CM aprono i canali ionici del calcio voltaggio-dipendenti sulla citomembrana durante ogni ciclo di contrazione, il che porta ad un afflusso transitorio di ioni calcio (Ca2+) dal fluido intercellulare al citoplasma per partecipare alla contrazione del miofilamento. Tale ciclo di afflusso e deflusso di Ca2+ è il tratto fondamentale della contrazione miocardica e costituisce la normale funzione delle CM12. Pertanto, un metodo che rileva l'afflusso di Ca2+ potrebbe essere un modo potenziale per misurare la funzione delle CM e delle celle simili a CM, compresi gli iCM. Inoltre, per gli iCM, tale metodo fornisce un altro modo per valutare l'efficienza della riprogrammazione.
Indicatori di calcio geneticamente codificati (GECI) sono stati sviluppati e ampiamente utilizzati per indicare le attività cellulari, in particolare i potenziali d'azione. Generalmente, i GECI sono costituiti da un dominio di legame Ca2+ come la calmodulina e da un dominio fluorescente come GFP, e GCaMP3 è uno con alta intensità di affinità e fluorescenza. Il dominio di fluorescenza di GCaMP3 verrà attivato quando la concentrazione locale di calcio viene modificata13. In questo articolo, viene descritto un ceppo di topo che esprime specificamente un reporter GCaMP3 in cellule Myh6+. Introducendo MGT nei NCF isolati dai neonati di questo ceppo, la riprogrammazione può essere monitorata mediante fluorescenza, che esporrà con successo iCM riprogrammati. Un tale ceppo e metodo di topo fornirà una preziosa piattaforma per studiare la riprogrammazione cardiaca.