数百万心房颤动患者饱受心跳加速且不规律的困扰，这种常见心律问题会导致疲惫和恐惧。然而，至少30年来，针对该病症的新药未能惠及患者。主要症结在于科学家缺乏能真实模拟人类心脏的测试模型。
这一缺口终于有望弥合。密歇根州立大学（Michigan State University）的研究人员成功构建出微型跳动的人类心脏类器官，可人为诱导其进入心房颤动状态，并通过药物使其恢复接近正常节律。首次实现让类似人类心脏组织的结构在培养皿中滑入心律失常状态并被观察。
构建微型人类心脏
2020年，密歇根州立大学科学家艾托尔·阿吉雷（Aitor Aguirre）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，能自我组织成直径如扁豆大小的独立跳动结构。
这些微型心脏并非简单肌肉团块，而是形成腔室样空间及分支状动脉、静脉和毛细血管网络。其搏动强度足以肉眼观察。这种结构层次使研究人员能以平面细胞培养或动物心脏无法比拟的方式，研究心脏发育、疾病和药物反应。作为密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所的生物医学工程副教授及发育与干细胞生物学负责人，阿吉雷称其为"真正的微型心脏"，其行为比多数既往实验室模型更接近活体人类组织。
添加心脏固有免疫细胞
最新突破来自骨科医学博士生科林·奥赫恩（Colin O’Hern）向类器官中添加巨噬细胞。在人类心脏发育过程中，这些长寿免疫细胞负责引导生长、清除碎片并塑造健康组织。此前大多数实验室模型忽略了这一关键成分。
"我们的新模型首次实现直接研究活体人类心脏组织，"奥赫恩向《The Brighter Side of News》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更真实人类心脏模型。"
研究者随后大胆触发类器官内部炎症，模拟慢性心脏压力患者的病理状态。添加炎症分子后，原本稳定跳动的类器官开始节律紊乱。
"当加入炎症分子，心肌细胞开始不规则跳动，"奥赫恩说，"随后我们引入抗炎药物，节律部分恢复正常。亲眼见证这一过程令人惊叹。"
在培养皿中重现心房颤动
这种不规则跳动模式模拟了心房颤动（常称A fib）。此病症中，心脏上腔室颤动而非协调收缩，可能导致心悸、呼吸急促、血栓及中风风险升高。
数十年来，心房颤动药物研发陷入停滞。现有药物多仅缓解症状而非根治病因，且常伴严重副作用。部分原因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差异。
"这个新模型能复制许多患者核心医疗问题，"阿吉雷指出，"它将推动大量医学进展：患者可期待加速的治疗开发、更多新药上市、更安全廉价的药物，因为企业能开发更多选项。"
研究显示，常驻免疫细胞在早期发育中引导心律。团队进一步通过"老化"类器官推进研究：暴露于长期炎症信号，使微型心脏组织逐渐呈现面对慢性压力的成人心脏特征。
从炎症到节律紊乱
随着炎症加剧，类器官出现类似心房颤动的不稳定跳动。当研究者加入候选抗炎药物，免疫活动与心律失常的关联变得清晰。基于观察到的生物学机制，他们预测该药物将平复节律——结果确证如此。治疗使类器官恢复更规律的搏动。
阿吉雷解释，添加免疫细胞使模型精度超越既往系统："我们现在看清心脏自身免疫系统如何影响健康与疾病，这提供了炎症驱动心律失常及药物阻断该过程的无 precedent 视角。"
发现意义远超节律问题。通过观察常驻免疫细胞如何引导早期心脏形成，团队获得关于先天性心脏病（人类最常见出生缺陷）的线索。若能识别发育错误环节，修复可能性将大幅提升。
加速安全药物发现的新平台
真实人类模型的缺失阻碍了心律障碍新疗法。活体人类心脏难以进行药物测试，而不匹配的动物模型常给出误导结果。新类器官提供了折中路径。
"我们的人类心脏类器官模型有望终结这30年无新药上市的旱季，"阿吉雷表示。该技术也支持美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的新方法学使命——推动基于人类的系统以改善临床前测试。
密歇根州立大学团队正与制药及生物技术伙伴合作筛选化合物，目标双重：一是寻找预防或治疗炎症驱动心律失常的药物；二是捕获可能在人体试验前悄然损伤心脏组织的化合物。
来自密歇根州立大学定量健康科学与工程研究所、Corewell Health及华盛顿大学的其他贡献者，协助完善了项目的成像、工程及临床关联。研究获美国国立卫生研究院、国家科学基金会、Corewell Health伙伴、拯救微型心脏协会及美国心脏协会等多机构支持。
阿吉雷团队已发表多项人类心脏类器官研究，使密歇根州立大学成为该领域领导者。他展望更远目标："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，并终有一天生成可移植的心脏组织。"
对心房颤动患者而言，这一未来将带来切实改变：新药将靶向心律失常的根本原因而非仅症状，且治疗更安全、精准、易于个性化定制。
研究的实际意义
该工作为科学家提供活体人类平台，从根源探究心房颤动，而非依赖动物模型或间接测量。研究者可观察炎症如何将健康节律推入混乱，再测试阻断或逆转该过程的药物，从而在30年研发空窗期后加速新疗法进程。
因类器官由人类干细胞培育，未来版本可源自患者自身细胞。这使医生能在开药前测试"个人微型心脏"，降低危险副作用风险。同一系统可筛选数百种化合物确保心脏安全性，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，该模型揭示免疫细胞如何塑造早期心脏发育及先天缺陷成因，知识或可指导产前及早期干预。长远看，类器官平台有望扩展至构建更大更复杂的心脏组织，用于修复受损心肌甚至移植。
研究成果已在线发表于《Cell Stem Cell》期刊。
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