11月19日在生物醫學雜志PNAS上發表的一項基礎研究，鑒定了與心臟功能緊密相關的理想結構和細胞比率。研究者利用組織收縮的計算模型和結合微加工約束的總成力學，設計了人多能干細胞（hPSC）來源的均衡的、功能性的心臟微組織。這項發現也指引研究者構建了*例與心律不齊有關的三維循環組織活體模型。
健康和預測性的人類心臟組織功能的體外模型，能夠對我們檢測新藥和理解心臟疾病產生變革性的影響。然而，盡管科學家們為之付出了了巨大的努力，高保真度的成人心臟組織類似物的產生仍然具有挑戰性。多倫多大學生物材料和生物醫學工程研究所（IBBME）和McEwen再生醫學中心的研究者們，系統地探索了多能干細胞來源的組織工程心肌組織的設計標準。他們評估了諸如組織重建過程中的生物力學應力、輸入細胞成分、電刺激和組織幾何學的參數。利用組織收縮的計算模型和結合微加工約束的總成力學，設計了人多能干細胞（hPSC）來源的均衡的、功能性的心臟微組織，稱為心臟微絲（CMWs）。
這項研究成果發表在11月19日生物醫學雜志PNAS上，是嘗試定義和制定產生高功能心臟組織的類型和細胞類型比率的一項研究。該研究表明，一個3D的基于矩陣的微環境、單軸的力學應力、心肌細胞與成纖維細胞混合組成的一個特殊組合，能夠改善體外組織工程心肌組織的性能和成熟狀態。
該研究的*作者、IBBME博士研究生Nimalan Thavandiran稱，“心臟不僅僅由單一類型的細胞組成。”但是，直到目前，科學家們還不知道在組織工程心臟組織中如何將不同細胞類型以這樣一種方式——組織達到人自然心臟的組成和成熟水平——進行混合。
Thavandiran通過系統地分離出人類多能干細胞來源的不同細胞類型，再將它們地混合在一起，從而揭開了這個謎團。利用與功能性心臟——收縮、電活動和細胞排列——有關的評分標準，Thavandiran開發了一個高功能心臟組織的公式。
Thavandiran強調，“細胞的組成是至關重要的。我們發現，25%的心肌成纖維細胞（類皮膚細胞）與75%的心肌細胞（心臟細胞）的一個混合，起到效果。”然后，這些按比率組成的細胞，生長在模擬人心臟組織結構的三維“電線”中。
本文的通訊作者、IBBME和McEwen再生醫學中心的干細胞生物工程加拿大科學家Peter Zandstra教授強調：“我們這項研究的令人興奮的一個結果是，我們能夠使這些組織小型化到人心臟的微組織，這個微組織能夠用來檢測正常的和患病的人心臟對藥物的反應。”通過探索心臟細胞的正確組成，研究者接下來設計了*三維的心律不齊組織模型。
每年有數百萬人患心律不齊癥，這種疾病中，心臟的電脈沖反饋被打斷，使心臟不能有效地收縮和泵血。然而，根據正確的細胞組成，研究者能夠設計與心律不齊有關的循環組織模型。然后，研究者將電脈沖應用到心律不齊組織中，將不規則搏動的組織“跳到”一種規律收縮的狀態。
因為人心臟細胞不容易生長，因此心臟研究者而言，至關重要的是能夠設計來自人類干細胞的高度功能性的心臟組織?；瘜W工程和應用科學系的核心成員、功能性心血管組織工程加拿大研究主席和IBBME的副教授、本文的通訊作者Milica Radisic指出，“我們現在能夠將這個組合的知識，跟電刺激和機械刺激結合起來，以獲得心臟研究所必需的一個真正的仿生系統。”
談到高功能性心臟組織對重要的藥物篩選研究的迫切需要，Thavandiran補充說：“我們正在進行一個很大的推動，將這種模型推向市場。”研究團隊一直以來都與再生醫學商業化中心（CCRM）合作，以使他們的這種組織模型平臺商業化。
