从大规模初筛走向少量组织复测
2017 年 9 月 18 日，Scientific Reports 发表多伦多大学（University of Toronto）及大学健康网络（University Health Network，UHN）团队的心脏模型研究。作者将二维细胞筛选、人工神经网络和三维工程组织放在连续的评价过程中，观察激酶抑制剂对心肌功能的影响。
团队先用较易扩展的二维体系获得多种药物反应，再选择有代表性的化合物进行 Biowire 复测。
80 种化合物形成二维反应数据
作者采用一组 80 种激酶抑制剂，相关靶点涉及 23 条信号通路。二维模型使用人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs），比较不同浓度处理后的反应。
测量包括存活细胞数、细胞活力、钙瞬变幅度和搏动频率。钙瞬变反映细胞内钙水平的周期变化，与心肌收缩有关。
作者同时测量存活细胞数与存活比例，分别描述总体细胞损失和剩余细胞状态。
对照药物还显示了功能与活力之间的区别：硝苯地平等干预可以明显改变钙信号或搏动，而细胞活力未必同步下降。
神经网络用于选择后续比较对象
人工神经网络把药物浓度、靶点信息、搏动频率、活力及存活细胞数等变量作为输入，以归一化钙峰值作为输出。作者希望找到能够增强钙瞬变、同时尽量保持频率和细胞活力的化合物。所选网络的预测与实验值相关系数为 0.9379，均方根误差为 0.1011。
在本次 80 种化合物的综合分析中，GW703087X，即编号 44 的 EGFR/ErbB2 抑制剂，被选为不利影响最小的对象；编号 24 的 GSK3β 抑制剂 GW829055X 则代表不利影响最大的对象。作者另加入舒尼替尼作为参考，共选择 3 个药物进行三维复测。
Biowire 的张力、收缩与舒张测量
Biowire 将细胞组织成能够收缩的工程心脏组织。研究先追踪组织压实、电刺激阈值及可跟随的最高刺激频率，在结构和电功能趋于稳定后进行药物比较。主要指标包括主动张力、收缩峰持续时间、收缩斜率和舒张斜率，既记录短时药物作用，也观察处理 24 小时后的变化。
GW703087X、GW829055X 和舒尼替尼分别使用 4、3 和 3 个工程组织样本进行比较。
编号 44 化合物使二维模型的钙瞬变幅度增至对照的约 3 倍，但在三维组织的上述功能指标中，无论短时还是 24 小时评价均未观察到统计学显著变化。二维钙信号的增加，未在本次三维实验中表现为显著收缩增强。
3 种药物的组织活力与收缩反应
编号 24 化合物在三维组织中没有引起显著活力下降，但处理 24 小时后，收缩和舒张斜率降低。
舒尼替尼在短时评价中降低主动张力、收缩斜率和舒张斜率；处理 24 小时后，收缩斜率仍显著降低。
论文对 3 个比较对象均未发现 24 小时后的显著活力下降。
二维钙信号与三维力学结果的比较
二维和三维体系同时改变了组织结构、细胞状态及测量指标。作者讨论了细胞成熟度、细胞相互作用和培养方式对药物反应的影响，并明确指出，二维钙信号与三维收缩功能不会是完全相同的测量。
作者计划延长观察时间，并采用重复暴露，检查 24 小时内未见的细胞损伤。对于这两种研究用抑制剂，论文发表时尚缺乏人体治疗暴露资料。
Biowire 技术具有商业化背景，部分作者申报了 TARA Biosystems 的共同创始人身份及股权。