《PNAS》加州大学戴维斯分校：3D 粘弹性水凝胶

心脏泵血对抗来自动脉阻力的机械后负荷，而增加的后负荷可能会改变心脏电生理并导致危及生命的心律失常。然而，心肌细胞机械电耦合的细胞和分子机制仍不清楚。最近科研人员开发了一种创新的膜片钳凝胶技术，将心肌细胞嵌入三维 (3D) 粘弹性水凝胶中，在常规心肌细胞收缩期间施加后负荷。

图1 研究机电耦合的实验方法。

科研团队研究了后负荷如何影响成年兔心室心肌细胞的动作电位、离子电流、细胞内 Ca2+ 瞬变和细胞收缩。我们发现后负荷延长了动作电位持续时间 (APD)，增加了瞬时外向 K+ 电流，减少了内向整流器 K+ 电流，并增加了 L 型 Ca2+ 电流。增加的 Ca2+ 进入导致增强的 Ca2+ 瞬变和收缩性。此外，升高的后负荷导致 APD 和 Ca2+ 瞬变中不一致的交替。Ca2+ 交替糖在动作电位钳制下持续存在，表明交替糖是 Ca2+ 依赖性的。此外，所有这些后负荷效应都通过抑制一氧化氮合酶 1 (NOS1) 显着减弱。

总之，团队数据揭示了一种机械-化学-电转导 (MCET) 机制，该机制通过 NOS1-一氧化氮信号迅速转导后负荷，以调节动作电位、Ca2+ 瞬态和收缩力。MCET 通路在兴奋-Ca2+ 信号-收缩耦合中提供了一个反馈回路，使心肌细胞对后负荷作出反应的收缩性自动调节。这种 MCET 机制是个体心肌细胞（以及心脏）不可或缺的一部分，以从本质上增强其收缩力，以响应它必须应对的负载。虽然这种 MCET 主要是对生理负荷变化的补偿，但它也可能在过度的病理负荷下增加对心律失常的易感性。

相关论文以题为Mechanoelectric coupling and arrhythmogenesis in cardiomyocytes contracting under mechanical afterload in a 3D viscoelastic hydrogel发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》上。通讯作者是加州大学戴维斯分校Ye Chen-Izu教授。

参考文献：

doi.org/10.1073/pnas.2108484118