心脏模型的选择取决于要测量的药物作用
韩国世宗大学（Sejong University）与美国佐治亚理工学院、埃默里大学（Georgia Institute of Technology、Emory University）研究者在 Microsystems & Nanoengineering 发表综述，比较人源体外心脏模型用于药物评价的条件。文章围绕细胞单层、工程心肌组织、心室腔室、心脏类器官和微生理系统，讨论模型结构怎样影响可测量的心脏功能。
诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）分化的心肌细胞可用于检测电活动、钙信号和收缩。二维单层便于在多孔板中并行检测；工程心肌组织、心室腔室及多器官平台则进一步提供组织受力、压力—容积关系和器官间代谢作用等观察条件。综述按这些任务比较模型，强调评价指标与实验问题的匹配。
工程心肌组织与心室腔室提供不同的力学指标
工程心肌组织通常将心肌细胞置于支架或水凝胶中，并通过锚定点、机械负荷和电刺激促进排列及功能成熟。研究者可以测量组织的收缩力和对刺激的响应，部分平台还加入成纤维细胞、内皮细胞等，研究细胞组成对组织功能的影响。
心室腔室模型进一步形成具有内部空间的组织结构，使压力、容积变化和液体排出成为可记录的指标。它们把细胞收缩与组织几何形状联系起来，适合研究药物对泵血相关功能的影响。建立腔室也增加了制造和培养难度，组织壁厚、血管供给及细胞成熟度仍会影响模型表现。
类器官模拟组织形成，芯片控制培养与暴露条件
心脏类器官利用细胞分化和自组织形成多细胞结构，可观察早期心脏发育、细胞间相互作用及药物扰动后的变化。综述介绍了不同细胞组成和腔室结构的模型，同时指出，自组织的形态生成带有随机性，生物物理条件也较难控制，这些差异限制了类器官在标准化药理试验中的应用。
心脏微生理系统把细胞或组织放入可控制的装置中，整合灌流、电刺激、机械负荷或传感器。流体设计用于调节营养供应和药物暴露；光学、电生理与力学测量则记录组织对药物的响应。类器官和工程组织也可以接入芯片，构成兼具三维组织结构与可控培养条件的系统。
多器官平台还可连接肝脏等组织，研究药物代谢与心脏效应之间的关系。此类实验需要区分原药、代谢产物及各组织的功能，并协调不同器官的培养液、流量和尺度。连接模块后，实际暴露条件也成为解释心脏反应的重要部分。
用结构、电活动、收缩与代谢共同评价模型
综述将心脏模型的表征分为结构、分子与功能等方面。结构检查包括肌纤维排列、肌节、细胞连接及细胞外基质；整体、单细胞和空间转录组分析用于区分细胞类型、成熟状态及不同区域的表达特征。图 7 还列出依据表达资料预测细胞间通信的分析，预测结果与直接测量的细胞功能有所区别。
功能测量也有不同层次：动作电位和多电极阵列记录电活动，钙成像追踪钙信号，组织位移或力学传感记录收缩。线粒体呼吸、耗氧及糖酵解相关测量则帮助判断能量代谢状态。这些检测从不同方面描述心肌细胞和组织的功能，评价时需结合具体药物作用与实验目的。
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细胞成熟度与长期培养影响药物评价
许多 iPSC 来源心肌细胞仍接近胎儿期状态，其钙处理、肌节结构和能量代谢与成人心肌存在差异。较厚的组织还面临内部供氧及营养运输问题。综述介绍了通过机械和电刺激、多细胞培养及灌流改善部分特征的研究，同时把细胞成熟度和可灌流微血管不足列为仍需解决的问题。
综述指出，急性电生理试验适于观察部分离子通道相关药物的复极和心律变化；蒽环类等药物引起的长期结构性损伤，需要不同的观察指标和时间安排。作者据此讨论各类心脏毒性与检测体系的匹配。
药物安全性研究还要面对时间尺度的差别。许多体外试验记录数小时至数天的反应，临床心脏损伤可能在反复用药后出现。观察慢性或累积效应，需要模型在更长时间内保持稳定功能，并能够记录重复暴露后的变化。
模型转化需要明确用途与可重复的测试结果
不同供者、细胞系、分化批次和实验室条件都可能影响模型的电活动、成熟状态及药物反应。综述把培养和评价流程的标准化列为转化中的问题。计算分析可以整合影像、电生理、钙动态和转录组数据，用于表型分类及风险预测；作者同时指出，扩大应用仍需统一数据处理流程和比较基准。
综述引用监管分析指出，含 iPSC 来源心肌细胞数据的申请虽在增加，对监管决策的影响仍有限。部分研究没有说明具体用途，或未能把体外表型与临床风险建立明确联系。作者据此强调，用于药物评价的模型需要说明使用目的，并以明确的功能指标和临床资料验证其适用范围。
后续工作包括统一验证流程、建立参照药物集合，并检验跨实验室重复性。作者还提出继续改善细胞成熟度、组织供养和长期培养，以扩大心脏模型在安全性与药物作用研究中的用途。