人胚胎干细胞形成带腔室的心脏类器官
心脏药物研究既关注细胞的电活动，也关注心肌如何在三维组织中连接。日本研究团队在 Regenerative Therapy 报道人胚胎干细胞来源的心脏类器官，重点分析腔室形成、细胞连接和离子电流，为后续药物研究提供组织表征资料。
研究使用 SEES1 和 SEES2 两条人胚胎干细胞系。团队将细胞聚集体置于含层粘连蛋白等基质成分的培养环境中，用生长因子诱导形成心脏组织，随后调整基质与信号条件，比较不同条件下的组织大小和腔室形成情况。
在若干培养条件下，超过 75% 的类器官形成腔室。团队观察到类似心房和心室的结构区域，并用组织染色分析其细胞组成。不同条件的形成率、组织大小和收缩表现分别记录，用于判断哪些条件更适合继续培养。
基质的变化对应培养的不同阶段：早期使用层粘连蛋白—entactin 复合环境，随后在第 11 天改为层粘连蛋白 411。作者比较 FGF4 基础条件和加入其他信号的组合，分析组织在不同阶段的形态与生长。
加入 BIO、BMP4、BMP10 和 LIF 等因子的部分培养组合促进了组织增殖。从胚状体到第 15 天心脏类器官，多个培养组的面积显著增加；但在第 15 天，不同培养组的类器官面积没有显著差异。团队分别分析了培养过程中的生长和同一时间点的组间差别。
心肌细胞与其他细胞共同形成组织
类器官中可见心肌细胞，以及内皮和平滑肌相关细胞。组织切片显示，细胞分布随区域不同而变化，部分区域围绕腔室排列。团队通过心肌蛋白和血管相关标志，描述这些区域的组织特征。
心肌细胞之间出现桥粒和闰盘相关结构，线粒体等细胞器也可见。连接蛋白 40、43 和 45 的表达，为分析细胞间连接提供了信息。这些结构与组织收缩一同用于评价类器官的心脏特征。
组织仍具有发育阶段特征，例如心室相关肌球蛋白轻链 MLC2v 信号较弱。研究还将部分心脏标志与公开的人胎儿心脏单细胞数据对照，分析类器官与发育中人心脏的相似处及差异。
视频中类器官能够自发收缩，频率低于作者此前使用的小鼠模型。团队将这种差别与物种、细胞成熟度和培养条件一同讨论，后续拟从代谢、机械刺激等方面进一步改善组织状态。
连接蛋白在不同区域呈现不同定位。由于免疫染色与单细胞转录组测量的是不同层面的信息，加上部分成熟标志表达较弱，作者没有据此给类器官指定统一的胎儿发育周龄。
分离心肌细胞后测量离子电流
为进一步查看电活动，团队从类器官中分离心肌细胞，用全细胞膜片钳测量电流。实验观察到明显的向内钠电流；在部分细胞中也记录到钙电流，但幅度较小。不同细胞的电流表现存在差异。
免疫检测显示钠通道 Nav1.5 和钙通道 Cav1.2 的相关信号，与电流观察相互对应。组织中还可检测到 Kir2.1 和 hERG 等钾通道蛋白；本研究对这些蛋白进行了定位分析，功能性电流记录主要集中在钠和钙。
作者认为，在药理筛选前还需评价钾电流、心脏细胞类型、发育阶段及兴奋—收缩耦联，以确认类器官内心肌细胞的功能成熟度。
去除外液中的钠，或加入相应钠通道阻断剂后，向内电流显著降低。剩余较慢的电流可被钙通道阻断条件进一步降低，为判断钠和钙各自的电流贡献提供药理参照。部分可见钙电流的幅度约为 40 pA。
药理探针用于观察 hERG 蛋白定位
研究另以喷他脒作为药理探针，查看 hERG 通道蛋白在细胞内的分布。处理后，hERG 与内质网相关的定位增加，提示通道运输过程受到影响。这部分实验采用蛋白定位检测，与膜片钳的离子电流测量分别开展。
hERG 的运输和膜定位与复极功能密切相关。作者因此将这种组织模型视为后续心脏疾病及药物研究的基础，提出增加功能分析，并进一步改善心肌细胞成熟度和组织结构。
作者将机械负荷和能源代谢作为成熟改进方向，包括探索拉伸刺激及从葡萄糖向脂质能源的转换。这些建议针对当前组织收缩较弱、成熟指标有限的情况，旨在提高后续药物功能分析的稳定性。