数百万心房颤动患者饱受心跳过速且不规则的困扰，常伴随极度疲惫和恐惧感。然而，针对这种常见心律问题的新药研发已停滞至少三十年。其核心症结在于科学家始终缺乏真实的人类心脏模型来验证理论和药物。
这一缺口终于迎来突破。密歇根州立大学研究人员成功构建出微型跳动的人类心脏类器官，能通过诱导进入心房颤动状态，并借助药物恢复至接近正常节律。人类心脏组织在培养皿中滑向心律失常的动态过程首次被直观观测。
构建微型人类心脏
2020年，密歇根州立大学科学家艾托·阿吉雷及其团队启动研究，利用捐赠的人类干细胞培育三维心脏类器官。这些干细胞在特定信号引导下自我组织成豌豆大小的自主跳动结构。
这些微型心脏绝非简单肌肉团块。它们形成类似心腔的空间结构以及分支化的动脉、静脉和毛细血管网络，搏动强度足以肉眼观测。这种精细构造使研究者能以平面细胞培养或动物心脏无法比拟的方式探索心脏发育、疾病机制及药物反应。阿吉雷——密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所生物医学工程副教授兼发育与干细胞生物学负责人——称其为"真正的微型心脏"。相比以往实验室模型，它们的行为更接近鲜活的人体组织。
整合心脏固有免疫细胞
最新突破源于骨科医学博士生科林·奥赫恩将巨噬细胞（一类免疫细胞）添加至类器官。在人类心脏发育过程中，这些长寿命免疫细胞负责引导生长、清除代谢废物并塑造健康组织，但传统实验室模型长期忽略了它们。
"我们的新模型首次实现对活体人类心脏组织的直接研究，"奥赫恩向光明新闻表示，"通过将巨噬细胞整合进类器官，团队创建出包含内置免疫系统的真实人类心脏模型。"随后，研究者大胆触发类器官内部炎症反应，模拟慢性心脏应激患者的病理状态。当添加炎性分子后，原本稳定跳动的类器官开始节律紊乱。
"炎性分子导致心肌细胞搏动不规则，"奥赫恩解释道，"随后我们引入抗炎药物，心律部分恢复正常。亲眼见证这一过程令人震撼。"
培养皿中再现心房颤动
这种不规则搏动模式模拟了心房颤动（常称A-fib）。在此病症中，心脏上腔室震颤取代了平滑协调的收缩，引发心悸、呼吸急促、血栓及中风风险升高。
数十年来，A-fib药物研发持续受阻。现有药物多仅缓解症状而非根治病因，且常伴随严重副作用。部分症结在于动物模型无法准确复制人类疾病——小鼠、大鼠或狗的心脏反应与人类存在本质差异。
"此新模型能复现许多患者核心医疗问题，"阿吉雷强调，"它将推动大量医学进步：患者将见证加速的疗法开发、更多新药上市，以及更安全廉价的药物。企业能开发更丰富的治疗选项。"研究中，团队证实驻留免疫细胞在早期发育中调控心律，随后通过"老化"类器官进一步验证：暴露于长期炎性信号后，微型心脏组织逐渐呈现成人慢性应激心脏特征。
从炎症到节律紊乱
随着炎症加剧，类器官出现类似A-fib的不稳定跳动。当研究者添加候选抗炎药物后，免疫活动与心律失常的关联变得清晰。基于观测到的生物学机制，他们预测该药物将稳定心律，实验结果与之吻合——治疗使类器官恢复更规律的搏动。
阿吉雷指出，免疫细胞的加入使模型精度超越历史系统："我们首次看清心脏自身免疫系统如何参与健康与疾病，"他说，"这提供了前所未有的视角：炎症如何驱动心律失常，以及药物如何阻断此过程。"
研究意义远超节律问题。通过观察驻留免疫细胞如何引导早期心脏形成，团队为先天性心脏病（人类最常见出生缺陷）提供了新线索。明确发育出错环节，修复可能性将显著提升。
加速安全药物研发的新平台
真实人类模型的缺失长期阻碍心律障碍新疗法。活体人类心脏难以直接测试实验药物，而动物模型常给出误导结果。新型类器官恰为中间路径。
"我们的人类心脏类器官模型有望终结这三十年无新药的困境，"阿吉雷表示。该技术亦契合美国国立卫生研究院"新方法学"计划，推动以人类为基础的系统优化临床前测试。
密歇根州立大学团队正与药企及生物技术伙伴合作筛选化合物，目标双重：一是发现预防或治疗炎症驱动型心律失常的药物；二是拦截可能悄然损伤心肌的化合物，避免其进入人体试验。
来自密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所、Corewell Health及华盛顿大学的研究者共同优化了项目的成像、工程与临床关联。美国国立卫生研究院、国家科学基金会、Corewell Health合作伙伴、拯救微小心脏协会及美国心脏协会为项目提供支持。
阿吉雷团队已发表多篇人类心脏类器官研究，使密歇根州立大学跻身该领域领军地位。"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，"他展望道，"未来或将生成可供移植的心脏组织。"
对心房颤动患者而言，这一前景意味着切实改变：新药将靶向心律失常的根本成因而非仅症状，且治疗更安全、精准、易于个性化定制。
研究的实践意义
此项工作为科学家提供活体人类平台，直接从根源剖析心房颤动，而非依赖动物模型或间接推断。研究者可实时观察炎症如何将健康节律推向混乱，继而测试阻断或逆转该过程的药物，有望终结三十年研发荒漠。
由于类器官源于人类干细胞，未来版本可由患者自体细胞培育。医生能先在"个人微型心脏"上测试药物，大幅降低危险副作用风险。同一系统可筛查数百种化合物，确保其不损伤心脏，助力监管机构和企业将更安全药物推向市场。
除心律失常外，该模型揭示了免疫细胞如何塑造早期心脏发育及先天性缺陷成因，或引导产前及婴幼儿期干预新策略。长期看，类器官平台将拓展至构建更复杂的心脏组织，用于修复受损心肌甚至器官移植。
研究发现已在线发表于《细胞干细胞》期刊。
【全文结束】
