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人诱导多能干细胞（hiPSC）向心肌细胞（CM）分化的稳健性不足且变异性高，仍是心脏再生医学和生物学研究面临的关键挑战。基于谱系特化的发育规律，我们考察了早期抑制WNT信号是否能够拓展CM分化的工艺窗口，从而提高分化的稳健性。为此，在进行为期1天的CHIR99021（CHIR）处理以激活WNT信号后，我们比较了第1—5天实施早期WNT抑制与第3—5天实施标准WNT抑制的效果。鉴于CHIR浓度是关键参数，我们发现，在不同hiPSC细胞系中，早期WNT抑制显著拓宽了可实现≥80%分化效率的浓度窗口。进一步将细胞密度纳入分析，构建二维参数空间后，我们发现可实现≥80%分化效率的工艺窗口得到显著扩展。谱系特异性转录因子表达的时间分析显示，在较高初始WNT激活水平下，旁轴中胚层（PM）命运原本更易形成；而早期WNT抑制可能通过抑制MSGN1的表达，削弱旁轴中胚层的特化，从而拓展工艺窗口。在扩展后的窗口内，早期WNT抑制还抑制了确定性内胚层（DE）的特化，促进了更有利于侧板中胚层/心脏命运的分化。我们进一步证明，在参数扰动以及不同孔和批次之间，早期WNT抑制均能显著降低变异性，同时提高分化效率，且不会损害心肌细胞表型。这些发现表明，早期WNT抑制是拓展CM分化工艺窗口、提高分化稳健性的有效策略，同时也体现了工艺工程学的一项原则：更宽的工艺窗口有助于实现更稳健的分化；这一策略可能对基于干细胞的生物工艺具有重要意义。
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https://doi.org/10.64898/2026.09.29.755404
Hirokazu Akiyama
名古屋大学工学研究科生物分子工程系
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akiyama.hirokazu.j2{at}f.mail.nagoya-u.ac.jp
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人诱导多能干细胞（hiPSC）向心肌细胞（CM）分化过程缺乏稳健性且具有较高变异性，这仍然是心脏再生医学和生物学研究面临的关键挑战。基于谱系特化的发育原则，我们研究了早期抑制WNT信号是否能够扩展CM分化的工艺窗口，从而提高稳健性。为验证这一点，在进行为期1天的CHIR99021（CHIR）处理以激活WNT信号后，我们比较了第1—5天进行早期WNT抑制与第3—5天进行标准WNT抑制的效果。聚焦于作为关键参数的CHIR浓度，我们发现，在不同hiPSC细胞系中，早期WNT抑制显著拓宽了可获得≥80%分化效率的浓度窗口。进一步将细胞密度纳入分析所构建的二维参数空间显示，≥80%的工艺窗口显著扩大。谱系特异性转录因子表达的时间分析表明，在较高初始WNT激活水平下，早期WNT抑制能够抑制旁轴中胚层（PM）特化，这可能是通过抑制MSGN1实现的；在未经抑制的情况下，较高初始WNT激活水平会促进PM命运，因此该机制能够扩展工艺窗口。在扩展后的窗口内，早期WNT抑制还抑制了确定性内胚层（DE）特化，从而促进更有利的侧板中胚层/心脏命运。我们进一步证明，在参数扰动以及不同孔和批次之间，早期WNT抑制均可显著降低变异性，并伴随更高的分化效率，同时不会损害CM表型。这些研究结果表明，早期WNT抑制是扩展CM分化工艺窗口并提高稳健性的有效策略，同时也体现了工艺工程学的一项原则，即更宽的窗口有助于实现更稳健的分化；这一发现可能对基于干细胞的生物工艺具有重要意义。
利益冲突声明
H.A.、R.K.和K.S.是名古屋大学提交的一项专利申请的发明人，该专利涉及本稿件所述技术。其他基金信息声明
日本学术振兴会（JSPS）
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发布于2026年9月30日。
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2026.09.29.755404；
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2026.09.29.755404；
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https://doi.org/10.64898/2026.09.29.755404
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.29.755404v1?rss=1
🏷️ hiPSC心肌细胞分化 Wnt信号通路 分化工艺窗口 分化稳健性 中胚层命运特化