華類器官成功模擬人體心跳
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神經——心臟組裝體模型構建及應用示意圖
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復旦大學附屬中山醫院研究團隊等在培養皿中構建了首個人源“生物起搏器”
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研究成果為未來探索基於細胞或類器官移植的生物起搏策略提供了新的可能
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竇房結在神經系統調節下持續發出電信號
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| 華類器官成功模擬人體心跳 對於心臟病患者而言，“植入式心臟起搏器”是恢復正常心律的“救命神器”。中國科學院分生物化學與細胞生物學研究所的研究團隊聯合復旦大學附屬中山醫院研究團隊等在培養皿中構建了首個人源“生物起搏器”——竇房結類器官，並將其與心臟 神經叢類器官連接，實現了神經對心跳的調控。 研究人員介紹稱，心臟能夠持續而有規律地跳動，依賴於右心房中的“天然起搏器”，即竇房結。它像心臟的“總指揮”，在神經系統調節下持續發出電信號，並通過心臟傳導系統這套“線路”，指揮心房和心室協調收縮、泵送血液。一旦這個“總指揮”失靈，心跳可能變慢、停頓，嚴重時會危及生命。然而，研究這一“天然起搏器”並不容易。竇房結體積極小、位置隱蔽，人體樣本很難獲得，小鼠等動物模型則無法準確類比人類心跳及神經對心律的調控。 如何在實驗室中打造接近真實的人類“生物起搏器”，一直是心臟起搏和傳導研究中的重要挑戰。 研究團隊通過模擬胚胎發育中的關鍵信號，並經過系統篩選，引導幹細胞形成三維竇房結類器官，能夠自主產生穩定心跳。當其與心房樣類器官連接後，電信號可從竇房結一側發出，傳導至心房組織，成功模擬了體內“起搏至傳導”過程。 經過一段時間，研究人員探索了心律失常的發生機制。在類器官中引入與家族性竇房結功能障礙相關的突變後，“起搏器”跳動明顯變慢，由此重現了緩慢性心律失常的關鍵特徵。而經過藥物處理後，異常節律得到了改善，表明該模型不僅能夠明理解心率相關疾病的發生機制，還可用於評估潛在治療藥物。 真實心臟中，竇房結的周圍神經就像“調音師”，會根據身體狀態調節心率。為模擬這一過程，研究團隊構建了富含神經元的心臟神經叢類器官，並與竇房結類器官和心房類器官組裝。實驗結果顯示，神經纖維能夠延伸進入竇房結類器官，調節其跳動頻率，並將電信號傳導至下游心房組織。值得一提的是，人類特異的神經通路不僅調控心率，還促進起搏系統成熟。研究團隊結合人胚胎心臟竇房結區域的空間轉錄組分析，繪製了人類竇房結及其周圍神經微環境的空間分子圖譜。人類竇房結起搏細胞中特異性富集表達G蛋白偶聯受體37(GPR37)，而GPR37的配體鞘脂啟動蛋白原(PSAP)則主要來源於鄰近神經元。PSAP彷彿是一把“鑰匙”，作用於起搏細胞表面的GPR37，推動起搏細胞向成熟狀態發展。 研究團隊表示，研究中建立的人源竇房結類器官及其神經調控組裝體，不僅可作為基礎研究、疾病建模以及藥物評價平台，也為未來探索基於細胞或類器官移植的生物起搏策略提供了新的可能。 多姿
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