Cardiogenesis requires the generation of endothelial, cardiac, and smooth muscle cells, thought to arise from distinct embryonic precursors. We use genetic fate-mapping studies to document that isl1+ precursors from the second heart field can generate each of these diverse cardiovascular cell types in vivo. Utilizing embryonic stem (ES) cells, we clonally amplified a cellular hierarchy of isl1+ cardiovascular progenitors, which resemble the developmental precursors in the embryonic heart. The transcriptional signature of isl1+/Nkx2.5+/flk1+ defines a multipotent cardiovascular progenitor, which can give rise to cells of all three lineages. These studies document a developmental paradigm for cardiogenesis, where muscle and endothelial lineage diversification arises from a single cell-level decision of a multipotent isl1+ cardiovascular progenitor cell (MICP). The discovery of ES cell-derived MICPs suggests a strategy for cardiovascular tissue regeneration via their isolation, renewal, and directed differentiation into specific mature cardiac, pacemaker, smooth muscle, and endothelial cell types.

Knowledge of the nature of cardiac progenitor cells is important for an understanding of the development of heart diseases, and as a potential route to regenerative therapy using stem cells. Two groups now report previously unknown cardiac myocyte lineages isolated from the proepicardium of the mouse. Cai et al. identify a population of progenitor cells that express the transcription factor Tbx18, and Zhou et al. identify cells marked by the transcription factor Wt1. Both types of progenitor are pluripotent, capable of producing several different classes of heart cell, making them promising candidates for use in cardiac repair. This paper identifies a novel population of progenitor cells that come from the pro-epicardial organ. These cells, which express the transcription factor Tbx18, migrate to the outer surface of the heart to form the epicardium, and they also contribute to myocytes in the ventrical septum and atrial and ventricular walls, as well as to cardiac fibroblasts and coronary smooth muscle cells. Thus these progenitors seem to be pluripotent. Understanding the origins and roles of cardiac progenitor cells is important for elucidating the pathogenesis of congenital and acquired heart diseases1,2. Moreover, manipulation of cardiac myocyte progenitors has potential for cell-based repair strategies for various myocardial disorders3. Here we report the identification in mouse of a previously unknown cardiac myocyte lineage that derives from the proepicardial organ. These progenitor cells, which express the T-box transcription factor Tbx18, migrate onto the outer cardiac surface to form the epicardium, and then make a substantial contribution to myocytes in the ventricular septum and the atrial and ventricular walls. Tbx18-expressing cardiac progenitors also give rise to cardiac fibroblasts and coronary smooth muscle cells. The pluripotency of Tbx18 proepicardial cells provides a theoretical framework for applying these progenitors to effect cardiac repair and regeneration.

Identifying a bona fide population of cardiac stem cells (CSCs) is a critical step for developing cell-based therapies for heart failure patients. Previously, cardiac c-kit(+) cells were reported to be CSCs with a potential to become myocardial, endothelial and smooth muscle cells in vitro and after cardiac injury. Here we provide further insights into the nature of cardiac c-kit(+) cells. By targeting the c-kit locus with multiple reporter genes in mice, we find that c-kit expression rarely co-localizes with the expression of the cardiac progenitor and myogenic marker Nkx2.5, or that of the myocardial marker, cardiac troponin T (cTnT). Instead, c-kit predominantly labels a cardiac endothelial cell population in developing and adult hearts. After acute cardiac injury, c-kit(+) cells retain their endothelial identity and do not become myogenic progenitors or cardiomyocytes. Thus, our work strongly suggests that c-kit(+) cells in the murine heart are endothelial cells and not CSCs.

Compared with traditional conductive fillers, carbon nanotubes (CNTs) have unique advantages, i.e., excellent mechanical properties, high electrical conductivity and thermal stability. Nanocomposites as piezoresistive films provide an interesting approach for the realization of large area strain sensors with high sensitivity and low manufacturing costs. A polymer-based nanocomposite with carbon nanomaterials as conductive filler can be deposited on a flexible substrate of choice and this leads to mechanically flexible layers. Such sensors allow the strain measurement for both integral measurement on a certain surface and local measurement at a certain position depending on the sensor geometry. Strain sensors based on carbon nanostructures can overcome several limitations of conventional strain sensors, e.g., sensitivity, adjustable measurement range and integral measurement on big surfaces. The novel technology allows realizing strain sensors which can be easily integrated even as buried layers in material systems. In this review paper, we discuss the dependence of strain sensitivity on different experimental parameters such as composition of the carbon nanomaterial/polymer layer, type of polymer, fabrication process and processing parameters. The insights about the relationship between film parameters and electromechanical properties can be used to improve the design and fabrication of CNT strain sensors.

Diabetic cardiomyopathy is a complication of type 2 diabetes, with known contributions of lifestyle and genetics. We develop environmentally and genetically driven in vitro models of the condition using human-induced-pluripotent-stem-cell-derived cardiomyocytes. First, we mimic diabetic clinical chemistry to induce a phenotypic surrogate of diabetic cardiomyopathy, observing structural and functional disarray. Next, we consider genetic effects by deriving cardiomyocytes from two diabetic patients with variable disease progression. The cardiomyopathic phenotype is recapitulated in the patient-specific cells basally, with a severity dependent on their original clinical status. These models are incorporated into successive levels of a screening platform, identifying drugs that preserve cardiomyocyte phenotype in vitro during diabetic stress. In this work, we present a patient-specific induced pluripotent stem cell (iPSC) model of a complex metabolic condition, showing the power of this technique for discovery and testing of therapeutic strategies for a disease with ever-increasing clinical significance.

Rationale: To date, there has been no specific marker of the first heart field to facilitate understanding of contributions of the first heart field to cardiac lineages. Cardiac arrhythmia is a leading cause of death, often resulting from abnormalities in the cardiac conduction system (CCS). Understanding origins and identifying markers of CCS lineages are essential steps toward modeling diseases of the CCS and for development of biological pacemakers. Objective: To investigate HCN4 as a marker for the first heart field and for precursors of distinct components of the CCS, and to gain insight into contributions of first and second heart lineages to the CCS. Methods and Results: HCN4CreERT2, -nuclear LacZ, and -H2BGFP mouse lines were generated. HCN4 expression was examined by means of immunostaining with HCN4 antibody and reporter gene expression. Lineage studies were performed using HCN4CreERT2, Isl1Cre, Nkx2.5Cre, and Tbx18Cre, coupled to coimmunostaining with CCS markers. Results demonstrated that, at cardiac crescent stages, HCN4 marks the first heart field, with HCN4CreERT2 allowing assessment of cell fates adopted by first heart field myocytes. Throughout embryonic development, HCN4 expression marked distinct CCS precursors at distinct stages, marking the entire CCS by late fetal stages. We also noted expression of HCN4 in distinct subsets of endothelium at specific developmental stages. Conclusions: This study provides insight into contributions of first and second heart lineages to the CCS and highlights the potential use of HCN4 in conjunction with other markers for optimization of protocols for generation and isolation of specific conduction system precursors.

This study explores the application value of Zhao Shi Lei-huo-jiu in managing common postoperative gastrointestinal symptom clusters following rectal cancer surgery, under the framework of the Enhanced Recovery After Surgery (ERAS) concept. By detailing the development, core elements, and application of ERAS in colorectal surgery, combined with the historical origins, unique techniques, and mechanisms of Zhao Shi Lei-huo-jiu, this paper highlights the innovation of integrating traditional Chinese medicine treatments with modern surgical recovery principles. Through a rigorously designed research process, rectal cancer postoperative patients were selected as research subjects, and the data collection and implementation steps were explicitly outlined. The study results provide scientific evidence for the practical efficacy and advantages of Zhao Shi Lei-huo-jiu in postoperative rehabilitation for rectal cancer, offering significant practical implications for guiding clinical practice and promoting early patient recovery.