
双通道分别培养人源心肌与内皮细胞
研究将人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌细胞与原代人脐静脉内皮细胞放入平行的两个通道,中间以多孔膜隔开。下方心肌层产生电活动,上方内皮层形成屏障,两侧分别灌流适合各自细胞的培养液。研究由此比较加药路径与屏障状态对心肌响应的影响。
芯片集成多电极阵列(multi-electrode array,MEA)和屏障电阻测量电极。MEA 记录搏动频率与场电位持续时间;跨上皮电阻(transepithelial electrical resistance,TEER)测量在这里用于跟踪内皮屏障,电容则提供另一项屏障状态指标。药理反应和屏障状态可在同一芯片中对应观察。
稳定的屏障和电信号为加药比较提供基线
内皮层的电阻在细胞接种后逐渐上升,第 2 天趋于稳定。随后 4 天的平均电阻为 232±47 Ω,基线观察共涉及 12 个芯片。原文报告的是电阻值,未按面积换算;电容变化也支持内皮层在这段时间内保持稳定。
心肌电活动在接种后约 24 小时出现。研究从场电位计算搏动频率和持续时间,并用 Fridericia 公式校正频率对持续时间的影响。因而,药理比较同时关注搏动变快与场电位持续时间变化。
研究还对电极进行表征。铂黑表面处理降低电极阻抗,使场电位记录的信噪比约提高至原来的 4 倍。经过这一处理,电极可以更清楚地记录心肌电信号。
TNFα 处理改变内皮屏障
研究以肿瘤坏死因子 α(tumor necrosis factor alpha,TNFα)建立屏障受损条件。内皮通道加入 2 μg/mL TNFα 后,24 小时观察显示 TEER 下降、电容上升,细胞连接出现间隙。细胞核浓缩并未相应增加,作者据此认为这一处理主要破坏连接,未造成大范围内皮细胞凋亡。
完整与受损内皮使用相同的芯片结构,屏障变化通过电阻、电容和细胞形态确认。加药后的心肌电活动继续由 MEA 记录,使两种内皮状态下的功能反应可以直接比较。
加药路径影响异丙肾上腺素的短时反应
研究以异丙肾上腺素检验芯片的药理响应,在 50 nM、10 分钟的暴露条件下分别从心肌通道或内皮通道加入药物。直接从心肌通道加入时,搏动频率增加 80%,校正场电位持续时间增加 90%。
从完整内皮通道加入时,同一时间窗内两项电活动指标均未显著变化。TNFα 先使内皮受损后,再从内皮通道加药,搏动频率增加 28%,校正场电位持续时间增加 42%。这组比较显示,屏障状态会改变短时间内观察到的心肌药理反应。
异丙肾上腺素本身未明显改变 TEER。作者将完整屏障下的短时阴性结果解释为药物穿过内皮后到达心肌较慢。此次实验测量的是屏障状态与电活动,没有直接测定心肌侧的药物浓度或通透率。