
柔性支撑记录组织的被动张力和主动收缩
Cell 报道的 Biowire II 平台以微孔和两端柔性聚合物线支撑心肌组织。心肌细胞与心脏成纤维细胞通常按 10:1 组合,在首周逐渐收紧形成条状组织,之后通过电刺激培养。细胞材料包含人胚胎干细胞和人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌。
支撑线受力后的弯曲可经校准曲线换算为力,分别得到舒张状态下的被动张力和收缩时的主动收缩力。校准测量显示,支撑线的力学性质在数周至数月培养中较稳定。
平台使用塑料微孔,论文还用荧光化合物比较材料吸附,观察到部分条件下的吸附低于聚二甲基硅氧烷装置。材料吸附与测力校准共同影响药物试验的解释。
心房和心室组织表现出不同功能
电刺激后的心房和心室组织保留不同的基因表达、收缩力与钙调节特征。心室组织随着刺激频率增加而增强收缩,暂停后再刺激的收缩力也增加;心房组织的相应变化较小。
不同干细胞来源仍存在基础电生理差异,例如动作电位上升速度和传导速度。研究在多个来源中比较常用药物反应,同时保留这些细胞背景差异。
同步检测收缩力、钙信号和动作电位
硝苯地平随浓度增加降低心房和心室组织的收缩力及钙瞬变;两种组织中,收缩力半数抑制浓度分别约为 2.0 和 4.5 μM。肌浆网钙泵抑制剂毒胡萝卜素也影响两者,部分时程变化更明显地出现在心室组织。
卡巴胆碱缩短心房组织的动作电位时程,在相同条件下未影响心室的这一指标。低浓度 4-氨基吡啶也主要影响心房电活动,较高浓度则可改变心室组织的动作电位。
这些比较通过连续或同步的支撑线成像与钙荧光完成。药物各浓度平衡 10–15 分钟后记录,再按相应组织与功能指标建立浓度—反应关系。
同一组织两端记录区域选择性反应
研究进一步将心房与心室细胞放在同一组织的两端,中间形成混合过渡区。该结构允许在同一组织内比较心房、心室和过渡区的钙信号与动作电位。
5-羟色胺增强心房端的钙瞬变,在心室端未出现相同增加;雷诺嗪降低心房端的传导速度,未明显改变心室端。论文将这种区域反应用于展示平台比较心腔选择性药物作用的能力。
长期培养用于患者来源疾病比较
患者来源心室组织还用于左心室肥大研究。团队将有肥大表现的高血压参与者与无肥大的参与者进行比较,部分组织培养长达 8 个月;肥大组的 3 个样本最终几乎不产生收缩力,细胞活力与心肌比例却没有相同程度的差异。
平台可分别记录长期培养中的收缩力、同一组织不同区域的功能和急性药物反应。长期疾病比较与短期药物试验采用不同细胞样本和观察时程。