内皮、心肌与成纤维细胞的双通道布局
2024 年 8 月 8 日，Scientific Reports 发表日本冈山大学（Okayama University）团队的三类细胞心脏芯片研究。研究在同一装置中安排心肌组织和血管内皮层，分别观察组织搏动与屏障功能，再测量参考药物引起的变化。
研究采用双通道结构，两层之间通过多孔膜分隔。血管通道使用人脐静脉内皮细胞，心肌通道则包含人诱导多能干细胞来源心肌细胞（iPSC-CMs）和成纤维细胞。这种布局使作者既能记录心肌运动，也能测量物质穿过内皮层的表现。
其中的成纤维细胞来自人牙龈。
流动条件下测量屏障变化
作者首先比较有流动和没有流动条件下的内皮层。流动培养中的细胞更倾向沿流向排列，细胞间连接相关标志 CD31 的染色信号也较强。在规定的方向范围内，流动组平均约 38.6% 的细胞沿流向排列，没有流动的组约为 27.3%。
随后，研究使用分子量为 3 kDa 的荧光标记葡聚糖测量表观通透系数，比较物质通过细胞层的程度。流动组在培养第 5 天至第 7 天之间，该系数下降约 47%；第 7 天没有流动的组则表现出较高通透性。
三类细胞与两类细胞的组织比较
作者将加入内皮细胞的体系，与只有心肌细胞和成纤维细胞的体系作比较。培养第 22 天，两组各用 4 个生物学重复测量搏动影像，三类细胞体系的平均收缩性指标约为 5.45，两类细胞体系约为 2.65。
论文的这一指标来自影像位移向量的汇总，是无量纲的运动量。
标志物分析中，三类细胞体系的心室心肌相关标志 IRX4 较高；IRX4 与心肌标志 cTnT 同时阳性的比例，平均约为 56.3%，两类细胞体系约为 30.2%。不过，多次实验的 cTnT 阳性细胞比例没有达到组间统计学显著差异。
去甲肾上腺素与硝苯地平的功能反应
去甲肾上腺素使组织搏动频率随浓度升高而增加，4 个重复拟合得到的半数最大效应浓度为 24.8 μM，95% 置信区间为 0.73–83.88 μM。在所展示的高浓度条件下，频率达到基线的约 2.61 倍。相比之下，影像收缩性指标的增加较小。
另一种参考药物硝苯地平抑制钙通道。在论文测试范围内，它没有引起显著的搏动频率变化，却使收缩性指标随浓度升高而下降。
硝苯地平后的钙瞬变时程
作者还记录了心肌细胞内钙水平的周期变化。基础状态下，钙信号与组织收缩同步；硝苯地平处理后，经过峰值归一化的钙曲线形状发生改变：到达峰值的时间缩短，恢复至 90% 时所对应的时程延长。
三类细胞芯片的功能结果与扩展方向
研究形成了可分别观察血管内皮和心肌组织的三类细胞装置，并完成两种参考药物的功能比较。组织形成多层结构，细胞沿通道方向排列，染色可见肌节结构；作者还观察到接近第 60 天的自发搏动。
后续研究将扩大药物种类、采用患者特异性细胞，并与临床及动物资料比较。作者还计划加入免疫细胞研究炎症反应，以及探索内皮细胞与心肌细胞之间由一氧化氮介导的旁分泌作用。