人源心肌球体显微画面,叠加红色运动分析标记。
MVP Cell-03 研究中的人源心肌球体。(Antonio Rampoldi, Cardiomyocyte Stem Cell Laboratory, Emory University School of Medicine / NASA / Emory University;Public domain)

第 4 天给药,观察早期心脏发育反应

成熟心肌的药物反应与心脏形成过程中的反应可能不同。中国科学院动物研究所及北京干细胞与再生医学研究院团队在 Life Medicine 报告了一项心脏类器官试验:用人诱导多能干细胞(iPSC)构建自组装心脏类器官,在分化第 4 天开始给药,追踪早期形态和功能变化。

药物包括马普替林、氯氮平、西酞普兰、安非他酮、氯米帕明和帕罗西汀,每种设置较低浓度与其 10 倍浓度。马普替林、氯氮平及氯米帕明为 1 和 10 μM,西酞普兰为 0.1 和 1 μM,安非他酮为 0.5 和 5 μM,帕罗西汀为 0.15 和 1.5 μM。研究另设 0.1% 二甲基亚砜溶剂对照和 1 μM 多柔比星损伤对照。

其中氯氮平为抗精神病药,其他药物为不同类型的抗抑郁药。较低浓度依据临床相关范围选取,但体外加入浓度没有直接对应胎儿的实际组织暴露。实验结果对应心脏形成早期这一特定培养阶段。

形态、搏动与代谢指标显示不同变化

团队每天观察给药后的类器官,并在第 14 天比较结果。多数马普替林、西酞普兰和帕罗西汀处理组仍保持整体形态;较高浓度氯氮平和安非他酮出现异常多腔结构,氯米帕明两种浓度也改变腔室形态。多柔比星对照在第 8 天前后出现明显解体,提供了强损伤参照。

整体形态相近的类器官,搏动仍可能受到影响。较低浓度氯氮平和氯米帕明未显著改变搏动频率,安非他酮与帕罗西汀则降低频率,西酞普兰和马普替林的下降更明显。因而,仅以外形判断药物影响,会遗漏仍能保持组织结构的功能变化。

细胞计数试剂盒(CCK-8)的代谢信号与腺苷三磷酸(ATP)结果也不完全一致:西酞普兰两种浓度及较低浓度氯米帕明未显著改变 CCK-8,其他多数处理条件出现下降;较高浓度西酞普兰和安非他酮,以及马普替林两种浓度,使 ATP 降低。CCK-8 与 ATP 分别反映细胞代谢状态和能量水平,两种指标呈现不同的药物反应。

在平行的人 iPSC 衍生心肌细胞试验中,连续 10 天处理这些药物后,CCK-8 和 ATP 没有出现同样的显著变化。作者还报告成熟类器官的马普替林搏动反应与发育期不同。不同阶段和组织构型的结果提示,成熟心肌指标未必覆盖早期心脏形成过程中的药物影响。

马普替林改变心肌标志与分化相关表达

团队进一步比较 1 μM 马普替林、1 μM 氯氮平与溶剂对照。在第 14 天,马普替林组肌钙蛋白 T 阳性细胞比例降低,波形蛋白阳性细胞比例没有相同变化。这些标志的变化提示心肌相关细胞组成受到影响。

第 6 天的 RNA 测序每组使用 4 个生物学重复,发现 40 个上调与 112 个下调基因,富集分析涉及 Wnt 等分化相关信号。后续检测显示 DKK1 降低、WNT6 增加,并伴随心脏发育、起搏与钙处理相关基因表达改变。这些结果为马普替林干扰分化提供线索,研究尚未通过阻断或救援实验确认 Wnt 变化是造成组织损伤的必要环节。

自动化培养与更多药物测试有待开展

这项试验将形态、搏动、能量指标和分化表达放在同一发育窗口中比较,能够发现不同终点之间的差异。当前类器官仍需手工制作,主要功能检测为 3 个生物学重复,RNA 测序为 4 个生物学重复。

作者提出自动化培养及扩大药物类别,以提高模型的筛选规模和验证范围。后续还需检验不同供者和培养条件下的重复性,并确认分化变化与持久组织损伤之间的联系;目前证据主要支持特定早期培养阶段的药物响应比较。

来源与延伸阅读

  1. Human iPSC-derived self-assembled cardiac organoids for evaluating drug developmental cardiotoxicity. Life Medicine (2025). ↗