成熟化比较同时改变细胞组成和培养环境
2025 年 7 月 14 日，Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 发表一项人源心肌模型研究。意大利国家研究委员会临床生理研究所（Institute of Clinical Physiology, National Research Council）等机构与西班牙团队合作，研究三维环境和内皮细胞是否能够改善心肌细胞的成熟相关表现。
研究使用人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs）与人冠状动脉内皮细胞（human coronary artery endothelial cells，HCAECs）。三维支架采用甲基丙烯酰化明胶（gelatin methacryloyl，GelMA），为细胞提供与普通二维平面不同的空间与力学环境。
作者分别设置纯心肌细胞、90% 心肌细胞加 10% 内皮细胞，以及 80% 心肌细胞加 20% 内皮细胞，在二维和三维条件下培养 14 天。这样既能观察改变细胞组成后的差异，也能比较相同组成在不同环境中的表现。
先确定支架的力学和稳定性
作者比较不同改性程度和浓度的 GelMA 材料，得到弹性模量约为 4–55 千帕的一组水凝胶。材料越致密，其刚度越高、网孔越小，研究据此寻找适合心肌细胞培养的力学环境。
后续细胞研究采用的 GelMA_HIGH 支架，估算弹性模量为 8.70 ± 0.12 千帕。作者将其与文献中的心脏组织力学范围对应。
在液体接触观察中，GelMA_HIGH 的溶胀表现较稳定，另一个配方随时间变化较大。所选材料的估算网孔约为 11 nm，作者认为这一尺度有利于营养与代谢物交换；它在 5 天液体观察期内维持了较稳定的溶胀比。
心肌结构、连接与代谢相关基因表达
培养结束后，研究测量 TNNT2、ACTN2、MYL2 和 MYH7 等与心肌结构及收缩有关的基因，还测量细胞连接相关的 GJA1/CX43，以及参与代谢调节的 PPAR-α。多项指标在三维条件下较高，但各基因的变化幅度和组间关系并不相同。
80% 心肌细胞加 20% 内皮细胞的三维组，在多项指标上表现较好，作者因此选择这一条件继续分析。MYH7 等指标随内皮细胞比例呈现不同变化。
作者把这些表达变化分别联系到肌节组织、细胞间电耦联和脂质代谢调节。三维共培养中的细胞在第 1 周伸展并改变形态，第 2 周开始搏动，为分子标志之外的培养状态提供了观察资料。
共培养的整体活力与细胞损伤指标
CellTiter-Blue 测量显示，三维共培养组的信号高于相应二维条件及二维纯心肌细胞组。由于测量对象是混合细胞培养体系，这一结果反映整体代谢活力。
进一步比较 80% 心肌细胞加 20% 内皮细胞的三维组与二维纯心肌细胞组，前者释放的乳酸脱氢酶和心肌肌钙蛋白 I 较低。作者以这些指标观察细胞损伤相关变化，并结合活细胞染色评价培养状态。
活性氧测量也呈下降趋势，但没有达到论文采用的统计学显著标准。
三维共培养与二维心肌细胞的组学比较
转录组和蛋白质组比较聚焦于三维共培养与二维纯心肌细胞培养。作者按基因本体分类，检查收缩、肌节组织、细胞骨架和线粒体相关条目，补充单个成熟标志之外的分子信息。
论文记录二维组识别到 20,418 个基因，三维组为 13,699 个。三维组在部分心脏功能相关分类中包含更多基因。
蛋白质组中，线粒体膜类别识别的蛋白数由二维组的 24 个增加至三维组的 66 个；肌肉收缩类别均为 17 个，肌节类别则由 19 个降至 16 个。
后续将验证药物心脏毒性评价用途
作者提出，后续需进一步验证该模型用于药物心脏毒性检测和心脏生理通路研究的能力。