全球约有6000万人患有心房颤动（A-fib），这是一种心跳不规则且经常过快的疾病，但自上次开发出新疗法以来已至少30年。这是因为研究人员一直缺乏准确的人类心脏模型来进行研究。多亏了密歇根州立大学科学家的新进展，这种情况已成为历史。
2020年，密歇根州立大学研究员艾托尔·阿吉雷和他的团队开始创建并完善被称为类器官的人类心脏微小工作模型。如今，这些类器官可以被改造以模拟心房颤动（A-fib）。
这些三维心脏类器官大小约如扁豆，其精确度使研究人员能够以前所未有的方式研究心脏发育、疾病和药物反应。类器官的节律性跳动非常强劲，甚至无需显微镜就能观察到。
由生物医学工程副教授、密歇根州立大学量化健康科学与工程研究所发育与干细胞生物学部门主任阿吉雷领导的团队，利用捐赠的人类干细胞开发心脏类器官。这些干细胞可以发展成多种不同类型的细胞，对生命全程的生长和组织修复至关重要。这些类器官确实是微型心脏，具有类似心腔的结构以及包含动脉、静脉和毛细血管的血管网络。
阿吉雷实验室的最新里程碑来自于密歇根州立大学整骨医学医师-科学家学生科林·奥赫恩，他将免疫细胞添加到类器官中。在发育中的人类心脏中，这些免疫细胞（即巨噬细胞）有助于确保正常的生长和形成。
研究人员能够在类器官中引发炎症，导致不规则心跳，从而模拟心房颤动。这一发现发表在《细胞·干细胞》期刊上。
"我们的新模型使我们能够直接研究活体人类心脏组织，这在此前是不可能的，"奥赫恩表示。"当我们添加炎症分子时，心肌细胞开始不规则跳动。然后我们引入了一种抗炎药物，节律部分恢复正常。看到这一现象非常令人惊叹。"
30多年来，没有为心房颤动开发出任何新药物。这种疾病的治疗仍然不理想，因为当前的疗法往往针对症状而非潜在机制。心房颤动的治疗药物开发一直困难重重，因为没有可靠的、能模拟该疾病的动物模型。
"这种新模型可以复制许多人的医疗问题核心，"阿吉雷补充道。"它将推动大量医学进步，因此患者可以期待看到治疗开发加速、更多药物进入市场、更安全的药物以及更便宜的药物，因为公司将能够开发更多选择。"
工作原理
在这项研究中，奥赫恩和他的同事们展示了长期存在的、驻留在特定器官中的先天免疫细胞有助于指导心脏的发育和节律。这些信息也有助于研究人员了解先天性心脏疾病的起源，这是人类最常见的出生缺陷。
研究人员随后更进一步。他们开发了一个系统，通过让类器官暴露在导致心房颤动的炎症中，使其"老化"以模拟成人的心脏。
为了展示这种新模型如何用于测试炎症驱动的心脏疾病的治疗方法，研究团队引入了一种抗炎药物，根据团队的发现，这种药物有望治疗心房颤动。这使心脏恢复了正常节律。
阿吉雷解释说，添加免疫细胞使模型的生理准确性达到了前所未有的水平。
"我们现在看到心脏自身的免疫系统如何同时影响健康和疾病，"他表示。"这让我们以前所未有的视角了解炎症如何引发心律失常，以及药物如何可能阻止这一过程。"
缺乏生理上准确的人体模型以及无法在人类心脏上进行测试，限制了治疗心房颤动等心律失常的新疗法和新药物的发现。
"我们新的人类心脏类器官模型有望终结这30年来没有新药物或新疗法的干旱期，"阿吉雷表示。
阿吉雷基于人类的类器官技术直接支持美国国立卫生研究院(NIH)的新方法学任务，旨在现代化转化研究并提高美国临床前测试的预测性。
目前，密歇根州立大学的研究人员正与制药和生物技术合作伙伴合作，筛选化合物，以确保它们在预防心律失常的同时不会导致心脏损伤。
阿吉雷团队已发表多项研究，确立了密歇根州立大学作为人类心脏类器官研究的全球领导者地位，阿吉雷表示更多进展即将出现。
"我们的长期愿景是开发源自患者细胞的个性化心脏模型，用于精准医疗，并有朝一日生成可用于移植的心脏组织，"阿吉雷表示。
参与这项研究的其他重要贡献者包括来自密歇根州立大学量化健康科学与工程研究所的克里斯托弗·康塔格、努雷丁·阿沙马基和桑布尔姆·朴；来自科威尔健康的纳吉布·查富恩；以及来自华盛顿大学的周超。
阿吉雷实验室的研究得到了密歇根州立大学、美国国立卫生研究院、国家科学基金会、科威尔健康-密歇根州立大学联盟基金会、科威尔健康、替代研究与发展基金会、拯救微小心脏协会和美国心脏协会的支持。
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