同时模拟细胞动作电位与电极信号
The Journal of Physiology 报道了一套微电极阵列(MEA)计算模型,用于解释人诱导多能干细胞(iPSC)来源心肌组织的电活动。模型将心房样与心室样细胞分别表示为离子电流系统,并计算组织内电信号传播与电极记录到的场电位。
基础组织设置包含 30% 心房样细胞和 70% 心室样细胞,研究再改变两者比例及空间分布。细胞模型采用已有的 Paci2020 与 Botti2024 模型,组织电导参数参考已发表的传导速度资料校准。
细胞组成改变传导和复极分布
随着心房样细胞比例增加,组织的平均传导速度升高;同一组织内部仍可能出现局部差异。动作电位时程的分布也随细胞组成变化,混合组织中的复极时间形成不规则空间图样。
模拟将细胞动作电位和电极场电位分开分析。动作电位时程按指定电压阈值计算,场电位时程则来自电极信号,两项指标在同一药物条件下的变化幅度可以不同。

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4 种药物与既有 MEA 实验比较
药物作用根据文献中的离子通道半数抑制浓度和最大抑制效应计算。团队以公开实验为参照,比较美西律、多非利特、硝苯地平和 E-4031 的模拟结果,本研究没有新采集用于验证的药物实验数据。
50 和 100 μM 美西律降低电极信号幅度,并减慢组织传导。部分细胞的动作电位时程缩短,较高浓度下的场电位时程变化却较小,显示单细胞与电极层面需要分别比较。
10 nM 多非利特使复极与场电位时程延长;10 nM 硝苯地平使心室样细胞的动作电位时程及电极场电位时程缩短,并缩短搏动周期。100 nM E-4031 也使场电位时程延长。
疾病模拟和组织假设限定了当前结果
研究另用两组离子电流变化模拟 Brugada 综合征,观察到传导减慢等表型。以其中一组条件比较时,平均传导速度约为 3.59 cm/秒,健康参照约为 4.27 cm/秒。这部分结果来自模型设定和模拟。
作者说明,当前组织使用均匀随机的心房样和心室样细胞分布,并采用各向同性的电传导假设。验证资料主要来自既有实验,后续需要进一步比较定量场电位指标和更复杂的组织结构。