用早期心脏模型观察发育期药物反应

研究药物对心脏发育的影响,需要同时观察组织结构与功能。美国团队在 Nature Communications 报道人源心脏类器官研究,用自组织模型检验昂丹司琼的发育期效应。昂丹司琼用于止吐,既往流行病学研究曾讨论其妊娠期使用与先天性心脏缺陷的关联,相关判断仍有分歧。本文的实验重点是直接观察类器官中的变化。

研究中的模型模拟早期人心脏发育,具有心房、心室样腔室及多种心脏细胞。作者通过代谢和激素相关的发育诱导条件提高其结构与功能复杂度,并用优化成熟条件下的模型开展药物比较。

药物比较设置未处理对照及 1、10、100 μM 昂丹司琼条件,观察窗口覆盖类器官发育的第 9–30 天。第 30 天的检测同时考察心房和心室标志物、组织形态,以及类器官的电活动。

心室标志物减少,心房标志物面积保持稳定

免疫荧光检测中,MYL2 作为心室细胞标志物,MYL7 作为心房细胞标志物。相对未处理组,10 μM 和 100 μM 组的 MYL2 阳性面积分别降至 0.55 倍和 0.18 倍;MYL7 阳性面积在各处理条件下没有明显变化。

转录检测也显示心室标志物减少:两组 MYL2 表达分别为未处理组的 0.58 倍和 0.40 倍。100 μM 组还出现腔壁界限不清、腔室分隔较松散的形态。

成像及面积分析每个条件包含 12 个独立类器官,转录检测每个条件包含 6 个,均来自 2 次独立实验。作者将心室标志物减少与结构组织变化联系起来,认为药物干扰了心室发育中的关键过程。

不同昂丹司琼条件下,心脏类器官的心房、心室标志物与电活动。

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不同昂丹司琼条件下,心脏类器官的心房、心室标志物与电活动。(来源:Brett Volmert et al.,Nature Communications,2023,图 8,CC BY 4.0)(Brett Volmert et al. / Nature Communications, 2023, 图 8;CC BY 4.0)

电活动变化与细胞凋亡分别观察

团队用电压敏感染料记录类器官的光学电压信号,每个条件分析 7 个独立类器官,来自 2 次实验。10 μM 和 100 μM 组的信号频率和幅度下降,达到 30% 和 90% 复极的动作电位时程延长。较高浓度组的变化同时出现在组织标志物和电活动中。

主文还报告,昂丹司琼没有增加类器官中的凋亡,但随观察时间延长出现逐步失去搏动的现象。

作者把这一药物实验作为心脏类器官用于发育期安全性研究的概念验证。心室细胞分化或成熟受到影响的具体机制仍未明确;后续价值在于用人源模型继续检查相关发育过程和药物响应。

来源与延伸阅读

  1. A patterned human primitive heart organoid model generated by pluripotent stem cell self-organization. Nature Communications. 2023. doi:10.1038/s41467-023-43999-1 ↗