藥物引發(fā)的心臟毒性是藥物召回的一個(gè)重要原因，其中一個(gè)重要因素歸咎于現(xiàn)有藥物篩選平臺(tái)的局限性。傳統(tǒng)的心臟微生理系統(tǒng)通常采用非透明金屬電極記錄心肌細(xì)胞電信號(hào)，但其往往會(huì)阻礙對(duì)心肌細(xì)胞形態(tài)的直接觀察。因此，基于非透明金屬電極所開發(fā)的心臟微生理系統(tǒng)往往功能較單一，無法和圖像處理等技術(shù)相兼容。

近日，上海交通大學(xué)王曉林團(tuán)隊(duì)提出了一種基于透明氧化銦錫（ITO）電極的、可同時(shí)進(jìn)行光學(xué)觀察和電信號(hào)監(jiān)測(cè)的多功能心臟微生理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用透明的ITO電極替代傳統(tǒng)的非透明金屬電極，解決了傳統(tǒng)心臟微生理系統(tǒng)中光學(xué)觀察與電信號(hào)監(jiān)測(cè)之間不兼容的問題。

該系統(tǒng)片上共集成了三種不同功能的電極，分別是：用于測(cè)量細(xì)胞外的場(chǎng)電位的微電極陣列；用于促進(jìn)心肌細(xì)胞的前期生長(zhǎng)及后期刺激以實(shí)現(xiàn)同步跳動(dòng)的刺激電極；用于測(cè)量心肌細(xì)胞的跳動(dòng)頻率的叉指阻抗測(cè)量電極。同時(shí)，透明電極允許采用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)心肌細(xì)胞跳動(dòng)的矢量圖和運(yùn)動(dòng)熱圖測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)對(duì)心肌細(xì)胞的機(jī)械生理特性和電生理特性進(jìn)行全面的研究。

基于該系統(tǒng)建立體外心臟組織模型，進(jìn)一步評(píng)估了四種藥物對(duì)心肌細(xì)胞的藥理作用，包括兩種激動(dòng)劑（異丙腎上腺素和去甲腎上腺素）和兩種拮抗劑（維拉帕米和奎尼丁）。測(cè)試結(jié)果表明，這些藥物對(duì)心肌細(xì)胞的影響與其藥理機(jī)制一致，凸顯了該系統(tǒng)未來在心臟藥物開發(fā)和藥物誘導(dǎo)的心臟毒性等相關(guān)應(yīng)用研究中的潛力。

該成果以“Multifunctional cardiac microphysiological system based on transparent ITO electrodes for simultaneous optical measurement and electrical signal monitoring”為題，發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊Lab on a Chip上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D3LC00908D

審核編輯：劉清