定向三维心肌芯片的搏动药理测试
通过明场视频记录三维心肌组织的搏动频率，绘制 4 种已知药物的浓度—反应曲线。
用途与模型
- 研究用途
- 检验芯片中人源心肌组织的药理响应，并与已发表细胞及组织水平资料比较。
- 模型与细胞来源
- 分化第 15–20 天的人 iPSC 心肌细胞，高密度装载后形成定向排列的多层组织。
- 方法版本
- 2015 年侧向扩散供液、4 种药物验证版本
- 实验形式
- 中央细胞腔、两侧供液通道及 2 μm 连接微通道的 PDMS 芯片；组织区以扩散方式获取药物和营养。
材料与平台
- 细胞与芯片
- 人 iPSC 心肌细胞；PDMS 微流控芯片与纤连蛋白表面处理。
- 药物
- 异丙肾上腺素、维拉帕米、美托洛尔和 E-4031，使用无血清培养液配置浓度系列。
- 功能记录
- 装载至少 5 天后给药，约 30 分钟后采集明场视频；运动追踪计算搏动频率与收缩方向。
测量指标与分析
- 搏动频率
- 搏动频率 EC50/IC50
- 异常节律与搏动停止
- 组织定向收缩
从视频的局部运动向量提取搏动时间和方向，建立药物浓度—搏动频率曲线；功能参数与既有细胞、组织及治疗性游离暴露资料比较。
研究设计与结果
药物集评价
- 研究设计
- 4 种已知药理药物分别建立浓度—反应；荧光示踪和计算模拟表征供液运输。
- 测试范围
- 结果以至少 3 次独立实验的均值和标准差表示。
- 参照体系
- 已发表二维 iPSC 心肌细胞、胚状体和组织水平药理资料。
- 研究结果
- 异丙肾上腺素的搏动 EC50 为 315 nM；论文表 1 列出的维拉帕米、美托洛尔和 E-4031 的搏动 IC50 分别为 950 nM、244 μM 和 392 nM。部分参数比既有细胞资料更接近组织水平参照。
适用条件与研究局限
- 药理验证限 4 种药物，主要指标为搏动频率。
- 不同文献参照的实验条件未统一。
- 连接微通道模拟物质运输，未构建真实血管内皮层。
- 美托洛尔和 E-4031 的 IC50 在论文表 1 与图 4 图注中不一致。
来源与原文
- Human iPSC-based Cardiac Microphysiological System For Drug Screening Applications原始研究 · Scientific Reports · 2015-03-09