
微型心室模型可测量压力与容积变化
研究建立了由人多能干细胞(human pluripotent stem cells,hPSCs)来源心室肌细胞组成的微型心室样腔室。它能排出液体,使研究者从同一模型测量压力、容积、射血分数和每搏功,并结合电活动考察药物作用。
25 个腔室的基线射血分数为 2.44% ± 0.27%,每搏输出量为 4.82 ± 0.63 μl,均以均值 ± 标准误报告。腔室在搏动周期内呈现压力升高伴随容积下降的关系;固定起搏频率时,负荷增加可提高腔室产生的压力。
正性与负性肌力药物产生不同泵功能响应
异丙肾上腺素组有 5 个腔室。在 1 μM 条件下,自发搏动频率比基线增加超过 200%;固定以 1 Hz 起搏后,腔室产生的压力、每搏输出量和每搏功仍增加约 25%–50%。地高辛组也有 5 个腔室,药物提高了压力、每搏输出量、每搏功、心输出量和射血分数,未显著改变搏动频率。
维拉帕米、硝苯地平和丙吡胺各测试 3 个腔室,均抑制泵功能。作者把这些药物的已知正、负性肌力作用用于检验模型响应;压力–容积环也随药物作用发生相应变化。
电活动测量补充了泵功能观察
电生理测量显示,起搏频率提高时,50% 复极时的动作电位时程(action potential duration at 50% repolarization,APD50)和传导速度下降。异丙肾上腺素提高自发动作电位频率和传导速度;氟卡尼则减慢动作电位上升和传导,并延长 APD50。电活动药物比较报告 n = 3,误差线表示不同实验中动作电位测量的标准误。
较高浓度下,维拉帕米可完全抑制收缩和腔室产生的压力,氟卡尼可完全抑制电活动。电活动与机械指标共同显示了腔室的电–机械耦联。
低射血分数与较小尺寸限制模型用途
作者指出,较小的射血分数可能降低检测的信噪比和灵敏度。作者将相对较薄的腔壁、细胞排列不够规则及成熟度不足列为可能原因。模型以重现药物相关心室泵功能响应为目标,功能水平仍低于成人心脏。
腔室尺寸接近小鼠心脏,可能限制持续性折返性心律失常和心室颤动的建模。作者将这类泵功能与电活动联合测量定位为现有药物发现和疾病模型工具的补充。