全球超过3000万人受心房颤动困扰，这种心律失常严重时可导致中风和心力衰竭，但该疾病治疗难度大，传统药物仅对不足半数患者有效。
如今，伊利诺伊大学芝加哥分校医学院与工程学院的合作研究提供了一种强大的新型实验室方法，用于深入理解心房颤动并开发创新性及个性化治疗方案。
这项发表在《科学进展》期刊的研究描述了一种新型细胞图案化技术，可重现心脏心房腔室主要细胞类型的结构与活性。该实验室模型使研究人员不仅能从细胞层面研究心房颤动、开展高通量药物筛选，还能确定个体患者或家族遗传因素导致该疾病的根源。
"此模型对开发更有效的个性化治疗方案及理解心房成熟机制具有极大价值，"UIC医学与药理学教授、心脏病学主任达伍德·达尔巴尔博士表示。
该模型由达尔巴尔团队与生物医学工程教授兼研究生项目主任萨勒曼·凯塔尼团队共同开发，采用成年患者提供的多能干细胞培育成心房心肌细胞——即构成心脏肌肉的细胞。此前利用此类干细胞的尝试仅产生未成熟细胞，无法模拟成人心脏行为。凯塔尼和达尔巴尔团队通过结合两种方法解决了这一难题：首先采用半导体行业制造芯片的光刻技术对干细胞初始布局进行"微图案化"；其次在成熟过程中向培养皿添加另一种心脏细胞类型——心房成纤维细胞。
研究人员认为，成果具有突破性。干细胞不仅成熟为具备正常功能的成人心房细胞，还自发形成复杂结构，模拟肌肉细胞在心脏中自然同步收缩的排列方式。
"它们形成了细胞层层堆叠的三维结构，这正是心脏中的真实状态，"凯塔尼解释道，"自然的精妙之处在于：提供初始条件后，只需让自然发挥作用。"
该模型多项特性使其成为探究心房颤动病因及测试新疗法的理想工具。细胞表达典型的离子通道及其他介导心脏收缩的蛋白质，使研究人员能分析各成分对心房颤动异常节律的贡献。取自心房颤动患者的干细胞培养物表现出可研究的异常行为，有助于确定细胞异常的遗传原因。
为提升可扩展性，研究团队将流程优化至适用于高通量药物筛选的多孔塑料或玻璃培养板，实验室可一次性快速测试数百甚至数千种潜在疗法。细胞存活期超过六周，支持更贴近临床实践的慢性药物治疗。
这些特性还将助力测试心房颤动的新型医疗技术，包括基因编辑和个性化疗法。患者的细胞可在实验室中分析以确定最有效治疗方案，指导临床决策；CRISPR等基因疗法可在危险突变引发危及生命症状前修复变异。
"想象一下，针对特定患者群体使用干扰RNA阵列来修复心房颤动，"达尔巴尔表示，"此模型潜力巨大，我们仅触及了其应用前景的表层。"
该《科学进展》论文由UIC生物医学工程系博士生格蕾丝·布朗和博士后研究员雍德克·韩共同担任第一作者，其他合著者包括UIC的阿什林·米切尔、奥利维亚·莱、埃马努埃莱·斯庞盖罗，以及西北大学费恩伯格医学院药理学系的卡洛斯·瓦诺耶博士和小阿尔弗雷德·L·乔治博士。
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