每到冬天，急診室便會湧入不少胸悶、胸痛的病患，其中不少可能是心肌梗塞（myocardial infarction，MI）的病患。心肌梗塞多數係由冠狀血管狹窄導致心肌灌流不足而壞死，此時需要緊急進行介入治療（percutaneous intervention，PCI）或者施打血栓溶解劑，或者進行冠狀動脈繞道手術（coronary artery bypass graft surgery，CABG）。壞死的心肌可能會纖維化而產生異常的傳導途徑而誘發心律不整，整個心臟結構也會重塑（remodeling）而導致心臟肥大進而產生心臟衰竭。嚴重時將可能需要心臟移植。
長久以來，科學家們便在尋找心肌再生的方法來治療心肌梗塞。自從 2006 年人類發明人類誘導性多功能幹細胞（human induced pluripotent stem cells ，hiPSCs）以後，hiPSC 便以其免於免疫排斥和免於倫理爭議而被視為未來醫學治療的潛力股。目前科學家已能自 hiPSC 培養出心肌細胞（hiPSC-CM），並在嚙齒動物實驗中證明當這些心肌細胞植入小鼠心臟以後不僅能夠存活且傳遞電訊號，更能夠改善受損的心臟功能。然而，這樣的結果並不足以讓 hiPSC-CM 進入人體臨床試驗，而尚須以大型哺乳動物（如：豬或猩猩）進行測試。2014 年來自西雅圖華盛頓大學的團隊首度將 hiPSC-CM 運用在非人類靈長類身上獲得了巨大的成功，不過從心電圖來看仍然可觀察到若干心律不整現象，雖然該團隊宣稱這些心律不整並未造成致命後果，但仍顯示其移植方法仍有可改進之處。
其中一個亟待解決的問題是移植的 hiPSC-CM 在梗塞心肌的植入（engraftment）比例過低。先前有體外研究指出當心肌細胞與內皮細胞（endothelium cell，EC）共同培養下有較高的存活率；在小鼠研究中則指出當我們將 hiPSC-CM 與 hiPSC-EC 一起移植到梗塞心肌上，將會增進 hiPSC-CM 的存活率並提升心肌的血管灌流以及收縮功能。其機制可能是透過旁泌（paracrine）作用的 IGF 或 VEGF 等因子來促進心肌細胞存活和降低細胞凋亡。 2012 年來自明尼蘇達大學張建一醫師的研究團隊發現單單利用 hiPSC 所培養的內皮細胞（hiPSC-EC）和平滑肌細胞（hiPSC-SMC）移植到豬隻壞死的心肌上就能改善心肌的灌流及功能。這些研究在在都說明了心臟功能的恢復絕不能單單只依靠心肌細胞（hiPSC-CM）的移植。
2014 年，張建一醫師團隊以豬為實驗動物，將 hiPSC-CM、hiPSC-EC以及 hiPSC-SMC 同時移植到受傷心肌位置。此外，移植所用的模片（patch）還會緩慢釋放 IGF-1 以輔助移植細胞的生長。結果顯示這方法大大增進了左心室功能和心臟代謝，且減少心室壁的壓力和梗塞的面積。最重要的是並沒有發現心室心律不整的副作用。雖然在進入臨床前，仍需要更多的動物實驗來找到最佳的移植方法，不過本篇研究無疑是利用 hiPSCs 來修復心肌受損的一個新的里程碑。
參考資料：Ye, L., Chang, Y.-H., Xiong, Q., Zhang, P., Zhang, L., Somasundaram, P., … Zhang, J. (2014). Cardiac repair in a porcine model of acute myocardial infarction with human induced pluripotent stem cell-derived cardiovascular cell populations. Cell Stem Cell, 15(6), 750–761. doi: 10.1016/j.stem.2014.11.009
