美国开发出扁豆大小的人造心脏，能否模拟人类心脏的疾病

在密歇根州立大学的实验室里，一颗扁豆大小的人造心脏正在有节律地跳动。这个微型器官不仅拥有与真实心脏相似的腔室结构和血管网络，更重要的是，它能够模拟困扰全球约6000万人的心房颤动症状。这项发表于《细胞·干细胞》期刊的研究标志着心律失常研究领域的重大突破，也为打破30多年来房颤治疗无新药问世的僵局带来了希望。

密歇根州立大学发育与干细胞生物学部的艾托·阿吉雷团队自2020年起便开始探索如何利用捐赠的成人多能干细胞培育功能性心脏类器官。经过数年的精心调试，他们培育出的三维心脏模型不仅在解剖结构上高度还原真实心脏，更在功能层面实现了自主节律搏动，这种跳动强劲到无需显微镜就能直接观察。但真正的创新在于团队首次将免疫系统整合进这个微型心脏模型中。

博士后研究员科林·奥罗克带领团队在类器官中引入了组织驻留巨噬细胞，这类免疫细胞在心脏发育和电传导调控中扮演着关键角色。当研究人员将这些含有免疫细胞的心脏类器官置于慢性炎症环境中时，令人震惊的现象出现了：原本规律跳动的微型心脏开始出现不规则的电活动模式，这种现象与临床上观察到的心房颤动特征高度一致。更为关键的是，当使用抗炎药物进行干预后，类器官的跳动节律得到了部分恢复。这是科学界首次在活体人类心脏组织模型中直观地揭示炎症引发心律失常的完整过程。

药物研发困境与突破路径

心房颤动是最常见的持续性心律失常类型，患者心房内的电信号变得混乱无序，导致心跳快速而不规律。这不仅会引起心悸、胸闷等症状，更严重的是会显著增加中风和心力衰竭的风险。然而令人沮丧的是，自上世纪九十年代以来，针对心房颤动的药物研发几乎陷入停滞状态。现有的治疗手段主要集中在控制心率或维持窦性心律，但这些疗法往往只能缓解症状而无法解决根本问题。

造成这种困境的核心原因在于缺乏准确的人类心脏研究模型。传统的动物实验模型，如小鼠或兔子，虽然在基础研究中发挥了重要作用，但它们的心脏电生理特性与人类存在显著差异。例如，小鼠的心率可达每分钟500至700次，而人类正常心率仅为60至100次；此外，不同物种在离子通道表达、动作电位形态等方面也存在本质区别。这些差异导致在动物模型上表现良好的候选药物，在人体临床试验中往往效果不佳甚至产生严重副作用。

密歇根州立大学开发的人源化心脏类器官从根本上改变了这一局面。由于类器官完全由人类干细胞培育而成，它在基因表达、蛋白质组成、电生理特性等方面都更接近真实的人类心脏组织。更重要的是，通过整合免疫细胞构建的心脏-巨噬细胞组装体模型，研究人员能够系统性地探索免疫系统与心脏功能之间的复杂互动关系，这为理解炎症性心律失常的发病机制提供了前所未有的工具。

奥罗克在接受采访时表示："我们现在终于能够直接观察活体人类心脏组织对不同药物的反应。这意味着我们可以在真正进入临床试验之前，就筛选出那些最有可能安全有效的候选化合物。"阿吉雷教授则强调，这种能够精准模拟疾病核心机制的模型将大幅缩短药物开发周期，降低研发成本，最终让更多患者受益。

个性化医疗的未来图景

研究团队利用捐赠的人类干细胞，开发出全球首个具备类人心房颤动特征的“心脏类器官”。图片来源：密歇根州立大学官网

除了加速新药研发，这项技术还为个性化精准医疗开辟了新路径。由于心脏类器官可以从患者自身的干细胞培育而成，研究人员能够为每位患者创建专属的"疾病模型"。这种方法不仅可以帮助医生预测特定患者对不同药物的反应，还能评估潜在的副作用风险，从而制定最优化的治疗方案。

目前，阿吉雷团队已经与多家制药企业建立了合作关系，开始利用心脏类器官平台进行大规模化合物筛选。研究团队正在测试数百种候选药物，希望从中找到能够有效阻断炎症触发心律失常通路的新型疗法。同时，他们也在探索基因编辑技术与类器官模型的结合，试图通过修正特定基因突变来治疗遗传性心律失常疾病。

更为前瞻的是，这项技术还可能为心脏组织移植带来革命性变化。虽然目前的类器官尺寸仅有数毫米，但随着组织工程技术的进步，未来有望培育出更大尺寸、功能更完善的人造心脏组织，用于修复受损的心肌。这对于心脏病终末期患者而言无疑是巨大的福音。

值得一提的是，这项研究也凸显了组织驻留免疫细胞在器官功能调控中的重要性。过去，类器官研究往往只关注器官本身的结构和功能，而忽略了免疫系统的作用。密歇根州立大学团队的工作提醒科学界，要构建真正能够反映人体生理病理状态的体外模型，必须将不同细胞类型和组织系统整合在一起，形成更加复杂的"组装体"结构。这一理念正在推动类器官技术从1.0版本向2.0版本演进，为疾病建模和药物研发提供更强大的平台。

从扁豆大小的跳动心脏到未来可能的临床应用，密歇根州立大学的这项突破性研究正在重新定义心血管疾病研究的范式。对于那些长期饱受心房颤动困扰的患者而言，这颗实验室里培育的微型心脏或许就是通向有效治疗的希望之门。