人胚胎干细胞来源微型心室的泵功能与电活动测量
将人源心室肌细胞构成的微型中空组织与压力、视频和光学电活动测量结合，比较正负性肌力药物的响应。
用途与模型
- 研究用途
- 在同一工程化心室模型中分析药物对泵功能和电生理的影响。
- 模型与细胞来源
- hES2 人胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESC）来源心室肌细胞与人皮肤成纤维细胞形成的工程化中空心室组织；成纤维细胞约占 10%。
- 方法版本
- 2018 年 hES2 心室肌细胞与皮肤成纤维细胞工程腔室版本
- 实验形式
- Ⅰ型胶原与基质胶支撑的中空组织，采用压力传感和视频测量获得压力–容积关系，并以光学信号记录电活动。
材料与平台
- 细胞与组织支架
- hES2 来源心室肌细胞、人皮肤成纤维细胞、Ⅰ型胶原与基质胶。
- 功能记录设备
- 腔内压力导管、视频成像、电刺激设备，以及电压和钙敏感染料。
- 药理对照
- 异丙肾上腺素和地高辛作为正性肌力参照；维拉帕米、硝苯地平和丙吡胺用于负性肌力比较，氟卡尼用于电活动比较。
测量指标与分析
- 腔内压力与估算的腔室容积
- 每搏量、射血分数、每搏功和心输出量
- 自发搏动频率
- 动作电位上升过程、传导速度及 50% 复极时程
根据视频中的横截面积，按等效球形假设估算容积，再结合实测压力求泵功能指标。肌力相关指标主要在 1 Hz 起搏时比较；频率和心输出量采用自发搏动记录。光学电压信号另用于传导与复极分析。
研究设计与结果
实验条件比较
- 研究设计
- 药物处理前后比较工程腔室的机械与电学指标，并使用已知正负性肌力药物检验响应方向。
- 测试范围
- 基础泵功能来自 25 个腔室；异丙肾上腺素和地高辛各 5 个，维拉帕米、硝苯地平和丙吡胺各 3 个。光学动作电位比较为来自多次实验的 3 次测量，不作为独立供者数。
- 参照体系
- 同一腔室处理前的基线以及不同已知作用方向的药物。
- 研究结果
- 基础射血分数为 2.44 ± 0.27%，每搏量为 4.82 ± 0.63 μl，均为均值 ± 标准误。异丙肾上腺素增加自发搏动频率，并在固定起搏条件下提高压力、每搏量和每搏功；地高辛提高泵功能，但未显著改变频率。三种负性肌力药物降低泵功能。光学检测显示异丙肾上腺素加快传导并缩短复极时程，氟卡尼减慢传导并延长复极时程。
适用条件与研究局限
- 容积由横截面积与球形假设推算，不是直接三维容积测量。
- 组织壁薄、细胞尚未完全成熟，射血分数远低于成人心脏，不能直接替代成人心室。
- 约 20% 基线出现自发折返样活动的模型被排除出电生理药物研究。
- 腔室尺寸限制其重现折返和纤颤等现象，未建立临床心律失常预测性能。
- 各药物腔室数与光学测量次数不同，不能合并为同一验证分母。
来源与原文
- Bioengineering an electro-mechanically functional miniature ventricular heart chamber from human pluripotent stem cells原始研究 · Biomaterials · 2018-02-10