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背景：人诱导多能干细胞衍生心肌细胞可用于心脏疾病建模和药物测试，但在传统二维培养中，其结构和电生理特性仍不成熟，因而受到限制。包括心脏类器官（cardioids）在内的三维心脏模型通过多细胞组织结构提供了更具生理意义的环境，并能够开展组织水平的功能分析。然而，其电生理特性及成熟过程尚未得到充分表征。 方法：我们采用尖端微电极记录、钙瞬变测量、全细胞膜片钳记录、免疫荧光、转录组学分析及药理学干预等方法，对人源心脏类器官在成熟最初三周内的电生理特征进行了综合表征。 结果：在成熟过程中，心脏类器官表现出渐进性的电生理成熟，其特征包括静息膜电位逐渐趋于生理水平（−54.0±3.1 mV至−68.1±1.2 mV）、动作电位幅度增加（73.5±4.8 mV至101.7±2.1 mV）、动作电位上升速率加快（44.3±5 mV/ms至86.6±8.4 mV/ms），以及动作电位时程缩短（1 Hz刺激下由178.9±8.7 ms缩短至144.0±4.8 ms）。这些变化与INa密度逐步增加以及SCN5A mRNA和Nav1.5蛋白表达增强相关，表明心肌兴奋性经历了渐进性成熟。IKr电流以及KCNH2/hERG的表达在早期成熟阶段即已存在，并保持稳定，这一点可由其对多非利特阻断作用持续保持敏感性得到证实。在完整心脏类器官中，钡离子敏感电流和HMR敏感电流的药理学抑制可改变静息膜电位和/或动作电位特征；而在分离的心肌细胞中，经典IK1仍无法检测到，且IKs电流较小，提示该模型仍存在一定程度的未成熟性。 结论：研究结果表明，人源心脏类器官经历了渐进性的电生理成熟，并能够从组织和细胞两个层面提供互补性的心脏功能信息，确立了其用于研究INa和IKr相关心脏病理的适用性。
背景：人诱导多能干细胞衍生心肌细胞可用于心脏疾病建模和药物检测，但在传统二维培养中，其结构和电生理特性仍不成熟，从而限制了其应用。包括心脏类器官（cardioids）在内的三维心脏模型通过多细胞组织结构提供了更具生理意义的环境，并能够开展组织水平的功能分析。然而，这些模型的电生理特性及其成熟过程尚未得到充分表征。
方法：我们采用尖端微电极记录、钙瞬变测量、全细胞膜片钳记录、免疫荧光、转录组学分析及药理学干预等方法，对人源心脏类器官在成熟最初三周内进行综合电生理表征。
结果：在成熟过程中，心脏类器官表现出逐步增强的电生理成熟特征，包括静息膜电位更加接近生理水平（−54.0±3.1 mV至−68.1±1.2 mV）、动作电位振幅增大（73.5±4.8 mV至101.7±2.1 mV）、动作电位上升速率提高（44.3±5 mV/ms至86.6±8.4 mV/ms），以及动作电位时程缩短（1 Hz刺激下由178.9±8.7 ms缩短至144.0±4.8 ms）。这些变化与INa密度逐步增加以及SCN5A mRNA和Nav1.5蛋白表达增强相关，符合心肌兴奋性逐步成熟的特征。成熟早期阶段即已存在IKr电流以及KCNH2/hERG的表达，并且在后续过程中保持稳定；多非利特阻断实验显示其敏感性得以 պահպան留，进一步证实了这一点。在完整心脏类器官中，药理学抑制钡离子敏感电流和HMR敏感电流可改变静息膜电位和/或动作电位特征；然而，在分离的心肌细胞中，经典IK1仍无法检测到，且IKs电流较小，提示该模型仍存在一定程度的未成熟性。
结论：这些结果表明，人源心脏类器官经历了逐步的电生理成熟，并从组织和细胞两个层面提供了互补性的心脏功能信息，证明其适用于研究与INa和IKr相关的心脏病理。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.29.755336v1?rss=1
🏷️ 人源心脏类器官 电生理成熟 心肌细胞动作电位 离子通道 多尺度电生理学