把心肌球状体接入微血管网络
直接把药物加入培养液,与药物先经过血管再到达组织,可能得到不同的心脏反应。英国伦敦玛丽女王大学(Queen Mary University of London)等团队在 Scientific Reports 报道血管化心脏球状体芯片,考察这种给药环境差异。
球状体由人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源心肌细胞、心脏内皮细胞和成纤维细胞组成,细胞比例为 4:2:1,每个球状体的起始接种量为 3800 个细胞。团队将球状体放入含人脐静脉内皮细胞的纤维蛋白凝胶中,使周围微血管与球状体相连。
研究比较了血管形成早期或 4 天后植入球状体的方案,并设置加入胎盘周细胞的条件。球状体与血管细胞同时植入、周围采用脐静脉内皮细胞的方案形成较连续的网络,被用于后续功能和药物测试。
灌流和持续搏动反映模型功能
团队用 10 kDa 荧光葡聚糖检查血管通路,看到荧光进入网络并到达球状体内部。血管内腔相关蛋白的染色进一步支持管腔形成。球状体内仍可见心肌标志蛋白和条纹状的肌节结构。
植入芯片后,球状体的搏动先受到扰动,约 48 小时后恢复。研究持续观察 25 天,芯片和悬浮条件都保留搏动。前 10 天,两组平均搏动频率约为每分钟 35–37 次;这项测量采用显微视频计数。
凡德他尼在两种培养形式中产生不同反应
团队以凡德他尼(vandetanib)开展概念验证,设置 1 μM 和 10 μM 两种浓度,并保留 0.1% 二甲基亚砜溶剂对照。悬浮球状体直接接触药物,芯片中的药物从侧方通道进入。加药前及加药后 3、15、30、60、90、120 分钟记录搏动。
悬浮球状体在两种浓度下均出现早期搏动减慢。1 μM 组在 3 分钟时由每分钟约 29 次降至 23 次;10 μM 组随后持续下降,约 60 分钟时停止搏动。血管化芯片中的球状体也出现早期减慢,但在约 60 分钟后恢复。
芯片中的溶剂对照同样出现明显的早期搏动下降,凡德他尼组与溶剂对照的下降幅度没有显著差异。
团队另用高效液相色谱检查药物在装置中的损失。已知浓度的凡德他尼在芯片中放置 30 分钟后,测得的吸附损失低于 4%。这项结果支持本次短期实验的暴露核查。

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下一步验证需要更多药物和心脏功能指标
作者提出,血管化环境可能对球状体产生保护作用,具体机制仍待进一步研究。本次测试只涉及凡德他尼,主要功能指标是搏动频率;收缩幅度、电生理变化以及更多药物的反应,是论文提出的后续验证方向。
这一模型的价值在于,将血管通路、组织结构与心肌功能置于同一药物暴露体系。研究中的血管采用脐静脉内皮细胞,部分方案还加入胎盘周细胞;这些细胞来源与真实心脏微血管仍有差别。