5 种心脏区域特征的模型设计
心脏的不同区域具有不同发育来源和功能，单一心肌结构难以同时呈现这些差别。2023 年发表于 Cell 的研究由奥地利维也纳的团队开展，主要机构包括奥地利科学院分子生物技术研究所（Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences，IMBA），尝试在体外分别建立具有不同区域身份的心脏类器官。
研究覆盖 5 种分区特征：左心室、右心室、心房、流出道和房室管。团队先比较这些模型各自的发育、结构和功能，再让部分分区共同发育。研究观察早期心脏不同区域怎样形成，以及这些区域对遗传改变和药物作用有何不同反应。
不同前体形成不同发育轨迹
团队围绕第一心脏场以及第二心脏场的前部、后部建立不同前体群，再观察其向各区域发育的过程。这些前体进入心肌分化的时间不同：第一心脏场相关细胞较早出现心肌特征，部分第二心脏场相关前体则经历较长的未分化阶段。
不同类器官呈现不同的腔体形态、细胞组成和基因表达。单细胞转录比较显示，模型与人类胚胎心脏相应区域的细胞特征相似。作者估计模型对应受精后约 25–28 天，所用部分参考组织则来自受精后 30–50 天。
不同心脏分区的收缩、钙信号与电活动
研究通过收缩观察、钙信号及电活动测量比较各分区。将类器官解离成二维单层后，左、右心室相关心肌细胞的动作电位时程长于心房细胞；单细胞膜片钳也显示心房和房室管细胞的时程短于右心室细胞。
第 6.5 天，左心室、心房和房室管模型中有 90%–100% 出现自发收缩，右心室和流出道模型分别为 18% 和 8%。到第 9.5 天，心房和房室管模型仍保持自发活动，左心室、右心室和流出道模型的自发收缩频率则下降。
不同心脏区域共同发育后的协调活动
团队将不同区域的前体组合培养，形成 2 分区以及心房—左心室—右心室的 3 分区模型。各区域保留相应身份，并形成结构连接和协调收缩。部分组合还形成共同腔体，钙信号和电活动能够在区域之间传播。
主导搏动的区域还会随发育改变：早期由左心室相关区域率先活动，随后心房相关区域成为主导搏动的区域。组合也影响信号传播速度，体现区域之间的相互作用。
结构连接依赖模型所处的发育阶段：较早组合的前体能形成连接，较晚组合的模型在观察期内未形成同样连接。混合不同心脏前体后，细胞还会按区域身份自行分开；相同类型的前体则没有同样的分区趋势。
遗传改变和致畸药物具有区域差异
研究比较与心脏发育有关的 ISL1、TBX5 和 FOXF1 改变，发现影响具有区域差异。ISL1 缺失时，流出道模型的表达特征向心房身份偏移；TBX5 缺失对左心室、心房和房室管前体的影响更突出，并使各类型模型失去自发收缩。FOXF1 缺失则使房室管模型难以形成完整腔体，心房模型表现出更偏心室的特征。
沙利度胺对房室管模型的影响最明显，对左、右心室的影响居中，对心房和流出道的影响较轻。阿维 A 影响了流出道、心房和房室管的区域分化与形态；全反式视黄醇的明显形态作用主要见于流出道。阿司匹林在所测条件下未引起相应的形态或显著表达变化。
伊伐布雷定等药物在单区与组合模型中的作用
伊伐布雷定降低了各类模型的搏动频率，但其对钙信号传播速度的影响在单独心房模型中出现，在左心室—心房组合中未见。异丙肾上腺素则加快了组合中两个分区的钙信号传播，在单区模型中未见同样变化。L 型钙通道激动剂 Bay K8644 在单独左心室模型中引起异常钙信号折返，在心房及左心室—心房组合中则促进搏动。
作者将这些结果定位于早期人类心脏发育、局部缺陷及药物效应研究。模型仍缺少心脏环化、完整分隔和成熟传导系统等过程。
