背景
心脏心律失常导致显著的发病率和死亡率，然而当前模型在机制和治疗方面的见解仍然受到限制。大多数平台缺乏足够的电生理复杂性、兴奋性的时空控制能力，以及可重复和可逆地生成心律失常及其基质的能力。
目标
建立一个5D光学遗传学平台，该平台结合2D和3D心脏模型，具有高分辨率时间控制(4D)和双向兴奋性调节(5D)，以(1)生成致心律失常(疤痕)基质，(2)诱导解剖学定义的折返电路，以及(3)应用靶向光学消融来推导机制终止策略。
方法
人类诱导多能干细胞(hiPSCs)被设计用于生成双光学遗传系(A)，该系表达去极化致动器CoChR和超极化PAC-K构建体。这些细胞被用于创建2D心脏单层和3D工程心脏组织(EHTs)。数字微镜设备实现了光图案化，以诱导光学疤痕、功能阻滞和靶向刺激。
结果
在2D单层和3D EHTs中产生了光诱导功能疤痕，沉默持续时间由照射时间控制(B)。在这些基质中，通过传递精确计时和靶向的光学遗传早搏和瞬时功能阻滞(C)，启动了解剖学受限的心律失常。一旦诱导出折返，其激活序列被提取并重新投影，以在不同组织和条件下重现相同的心律失常("心律失常打印")(D)。最后，光诱导功能消融被用于识别对心律失常持续至关重要的位点，并实现其终止(E)。
结论
我们报告了一种5D光学遗传学平台，用于心脏电生理学的高分辨率时空控制，能够在体外模拟致心律失常基质、心律失常和光学消融，用于机制研究和个性化治疗。
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