腔室结构便于连续观察形态与功能
西湖大学（Westlake University）等机构的团队从人多能干细胞建立带腔室的心脏类器官，用于观察早期心脏结构形成，以及药物对结构和功能的影响。论文发表于 Nature Communications。模型的一个特点是腔室可以在明场显微镜下直接观察，方便连续记录形态变化。
类器官到第 11.5 天稳定形成单个腔室，并可维持至第 90.5 天以后。团队在 8 次独立实验、超过 600 个类器官中报告约 95% 的腔室形成成功率。模型可由胚胎干细胞和诱导多能干细胞建立，组织外侧具有心肌层，腔室内侧在早期形成心内膜样内皮层。
单细胞分析识别出心房和心室心肌细胞、内皮细胞、壁细胞、成纤维细胞及部分祖细胞等群体。第 25.5 天和第 43.5 天的比较显示，后期心肌相关表达更接近较晚发育阶段。研究者再与胎儿心脏数据比较，判断模型对应的发育阶段。
单细胞分析和功能测量显示，模型以心房样心肌细胞特征为主，同时包含其他心脏相关细胞群。随着培养延长，部分与收缩、代谢和离子通道有关的基因表达增加。模型可见自主收缩和钙信号，第 21.5 至 68 天的平均搏动频率约为每分钟 60 次；转录组比较显示其发育特征接近胎儿心脏。
内皮与心肌细胞影响腔室形成
研究将腔室结构与内皮、心肌之间的联系一起分析。早期内皮细胞沿腔室内表面分布，表达特征更接近胎儿心内膜。影响内皮相关调控因子 ETS1 后，组织难以形成有序腔室。长时间培养中内皮组成还会变化，腔室保持与细胞组成的演变需要结合观察。
团队还考察内皮相关的形态调控。干预与内皮向间质转变有关的信号后，腔室面积增大，但搏动频率没有明显改变。内皮细胞的单细胞表达与胎儿心内膜进行比较，也支持其具有心内膜样特征。结构变化与功能变化在这些实验中被分别测量。
团队考察了 FGF、WNT、BMP、视黄酸和激活素 A 等信号对结构的影响。不同信号组合会改变腔室出现时间、大小和持续稳定性。单细胞数据还提示，内皮与心肌之间存在多种信号联系，包括 WNT 等通路及与细胞外基质有关的作用。
信号条件的作用与发育阶段有关。例如，研究中增强部分信号可使腔室更早出现或面积增大，但某些条件下长期稳定性下降。团队因此分别评价初始形成和后续维持，模型建立的目标也同时包含这两方面。
转录因子分析进一步显示，TFAP2B、NR2F2 和 HAND1 对有序腔室形成具有重要作用。部分干预后仍能检测到心肌相关标志，但腔室形态发生改变。研究由此考察心肌细胞分化与腔室形成之间的关系。
药物效应分别表现为搏动或结构改变
异丙肾上腺素主要改变收缩活动，研究没有观察到明显的腔室形态变化。处理后搏动频率由约每分钟 61 次升至 87 次，单次收缩周期缩短。β 受体阻断药普萘洛尔的对照进一步支持这一响应与 β 肾上腺素信号有关。
多柔比星处理则造成腔室缩小，并随着观察时间延长出现结构恶化。柔红霉素也产生相近的腔室面积变化。在多柔比星实验中，团队还观察到细胞活力下降、培养液中乳酸脱氢酶增加，以及心脏应激和炎症相关指标上调，将可见形态与细胞损伤及分子反应相互对照。
发育毒性与暴露阶段有关
在发育毒性测试中，团队比较沙利度胺、阿维 A 与阿司匹林对照。前 2 种药物使腔室面积和搏动受到明显影响，但作用阶段不同：沙利度胺处理的模型早期可以形成腔室，随后难以维持；阿维 A 在更早阶段就引起形态异常。
腔室形成后再进行沙利度胺处理时，研究没有观察到明显的腔室形态和搏动改变。转录组分析还显示，2 种致畸药物影响的应激和发育相关通路并不相同。这些结果说明，该模型适合结合暴露阶段研究心脏发育过程中的药物作用。
两种致畸药物引起的转录组变化既有共同部分，也各有侧重。沙利度胺的部分变化涉及应激和炎症，阿维 A 则引起更广泛的发育与代谢相关表达变化。作者通过这些基因变化，分析药物引起腔室形态损伤的可能原因。
作者将模型定位于早期心脏形成、结构调控及形态与功能结合的药物评价。后续研究可继续考察腔室长期稳定性、细胞间相互作用和不同药物的响应。模型偏重发育阶段的组织结构，其研究重点与用于考察成熟心肌收缩力的工程化心脏组织各有侧重。