药物直接作用与多组织营养代谢共同影响心脏收缩和电活动的原创概念图。
多组织营养、代谢和心肌成熟度共同影响心脏药物评价中的收缩与电活动指标。图为原创概念示意。(J&E Bio 原创)(J&E Bio)

联用模型可研究其他组织对心脏的影响

苏州大学作者在 2025 年综述人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells,hiPSCs)衍生模型研究心脏与其他器官通讯的进展。单独心脏模型便于观察直接效应,却难以覆盖营养竞争、代谢产物或其他组织信号带来的间接影响。将不同组织放入分区微流体系统,可在保持局部环境的同时研究这些联系。

这类平台包括多谱系组织、组装模型和芯片连接的类器官,构型与细胞组成并不统一。

营养消耗也能改变心脏收缩

心–肾联用章节转述一个微流体案例:肾类器官共培养使心脏类器官收缩幅度下降,作者将其与肾组织消耗葡萄糖等营养联系起来。

作者提出用这类模型研究心脏药物作用和潜在肾损伤;文中此处讨论的是共培养配置,未报告具体药物的心–肾联合评价。

多组织药物反应可能不同于单组织

在肝、心和肺三组织联用的引用案例中,博来霉素暴露后出现心脏组织停止搏动,单独心脏模型中却未观察到这一效应。综述将其他组织产生的次级因素列为可能解释。

另一个扩展至六类组织的系统中,异环磷酰胺在存在肝组织时表现出明显神经毒性,提示肝相关代谢应纳入间接损伤讨论。

肝组织可使药物失活或活化,所以心–肝联用模型能够把药物代谢与心脏反应联系起来。综述也指出,需要更成熟、功能更完整的心脏组织,才能合理模拟与其他代谢器官的联系。

未成熟表型会改变毒性检测方向

hiPSC 来源心肌通常保留胎儿样特征,收缩较弱或不同步,电活动与成人心肌也有差异。细胞系及培养条件导致的成熟度变化,可能掩盖某些疾病表型,或改变其向共培养组织释放的信号。

综述指出,依赖糖酵解的未成熟心肌可能低估与线粒体功能有关的化疗药物毒性。另一方面,作者也讨论未成熟模型用于早期毒性和儿童相关反应的机会,例如拉替拉韦(raltegravir)相关动作电位延长和多柔比星早期损伤案例。

一致培养和功能标准仍是联用模型的基础

类器官芯片的动物来源基质组成可能不够明确,长期存活与培养一致性仍是挑战。患者样本、培养方式、培养液和成熟度标准的差异都会影响结果;联用系统还需要核对芯片环境与细胞之间的相互作用。

作者把增加组织复杂度、提高心肌成熟度和整合传感器列为后续方向。目前心脏参与的多器官模型研究仍有限。

来源与延伸阅读

  1. Advances in humanoid organoid-based research on inter-organ communications during cardiac organogenesis and cardiovascular diseases. Journal of Translational Medicine. 2025. doi:10.1186/s12967-025-06381-x ↗