心脏类器官的细胞组成与结构
2022 年发表于 Cell Stem Cell 的综述 Progress in multicellular human cardiac organoids for clinical applications，聚焦由多能干细胞在同一三维体系中分化出多类心脏细胞，并逐步形成组织结构的模型。作者将它与预先分化细胞混合形成的球状组织及工程心脏组织区分。
这一类模型可包含心肌细胞、内皮、心内膜相关细胞和成纤维细胞，并出现腔样结构或不同细胞层。组成与结构来源于细胞之间的作用。
综述介绍的不同模型也保留不同程度的非心脏细胞成分，有些同时出现前肠相关组织。细胞组成能够提供发育关系的信息，但也影响模型是否适合回答特定心脏药物问题。
发育表型、疾病环境与药物研究用途
综述讨论的疾病模型包括心脏发育异常和代谢环境变化。部分基因背景改变影响类器官大小、腔形成及细胞排列，而心肌谱系相关标记仍可能存在。
综述介绍的研究中，HAND1 或 NKX2.5 缺失使类器官缩小、腔形成减少，但仍可检测到后期心肌标志。模拟孕前糖尿病的高糖及高胰岛素环境，则使类器官增大，并出现心律失常和氧耗降低。
二维单层培养便于高通量和显微观察，工程心脏组织则更适合通过弹性支撑测量组织力。自组织类器官增加了细胞间作用和发育形态信息，所需细胞量及制备方式又与工程组织不同。
作者认为，类器官可用于观察药物对人类心脏发育、细胞状态和组织功能的影响，也可利用患者来源材料研究个体差异。但 2022 年介绍的模型仍以胎儿样特征为主，针对成人或衰老相关疾病时，需要考虑这一发育状态。
分别测量收缩功能与三维形态
类器官的搏动视频可用于分析搏动频率、速度和运动幅度。模型在表面发生移动或转向时，也会产生图像变化，分析需要区分组织位移与真正的收缩。
腔的形成、壁厚及组织内部空间又需要三维成像。活体观察强调时间分辨率和较少损伤，终点观察则可以利用固定、透明化或切片获得更细的结构信息，两者适合的研究问题不同。
综述比较共聚焦、光片、多光子及其他成像方法的穿透与扫描特点。核心问题是如何在快速搏动的致密三维组织中同时保留空间和时间信息。终点处理引起的结构变化也需要与真实形态分开。
电活动、代谢与单细胞组成的测量
膜片钳和多电极阵列用于观察电活动，但面向二维细胞的设备用于类器官时，可能只记录外表面或需要把组织拆成单细胞。拆开组织后的结果不一定保留原来三维结构中的细胞间作用。
钙成像帮助观察兴奋与收缩过程，电压及动作电位测量则提供电生理信息。电压相关成像、三维电极和其他技术各有优势，也可能受到光损伤、测量位置或长期观察条件影响。
代谢分析包括氧耗、胞外酸化及代谢物变化。类器官由多种细胞组成，不同细胞的基础代谢水平和成熟度不同，因此整体代谢变化需要结合细胞比例解释。
单细胞转录组用于识别细胞类型、成熟状态及可能的细胞间信号。由于解离组织会丢失细胞原来的位置，综述也讨论了保留位置信息的空间转录组在心脏组织研究中的应用。
蛋白组分析可测量蛋白丰度及翻译后修饰。综述列举的研究利用整体蛋白组数据，确认了类器官中与心肌细胞和内皮细胞有关的蛋白表达特征。
重复性、营养供应与成人样成熟度
综述将分化、细胞比例、组织形态和局部力学环境列为影响重复性的因素。纯化心肌细胞有利于单一细胞研究，却可能去掉类器官自组织所需的其他细胞。
局部物质分布和组织内部受力也可能不均一，使相同培养物中的细胞处于不同状态。模型尺寸、形状和组成因此需要与实际测量目标一起考虑。
氧和营养供应限制组织规模及维持时间。综述指出，当时已有模型形成表达内皮标志的血管样结构，但尚未实现通过血管网络的真实灌流。心房样与心室样细胞的空间排列、心腔内膜以及成人样成熟状态也有待完善。
模型需要具备的功能随研究问题而变化。研究心律失常需要考虑心脏传导系统，研究短暂缺血或涉及免疫细胞的过程则更依赖灌流与组织交换。作者据此提出，应围绕具体用途改进细胞组成、局部培养环境和测量手段。