科学家发明跳动的“芯片心脏”，或有助于对抗全球首要死因

想象一个比芝麻粒还要小的心脏组织，在显微镜下有节奏地跳动，对药物和疾病的反应就像真实的人类心脏。

这不是科幻小说，而是加拿大研究团队刚刚实现的医学突破。这种三维"芯片心脏"系统能够以细胞级别的精度实时追踪心脏组织的活动，为全球首要死因心血管疾病的治疗打开了全新的大门。这项研究发表在《纳米微小》期刊上，代表了器官芯片技术向临床应用迈进的重要一步。

从全局到局部的感知跨越

传统的心脏组织工程模型面临一个根本性的局限性：它们只能测量整个组织层面的收缩力，就像用一个简单的称盘来衡量整个工厂的运作一样。

在之前的研究中，研究人员制造出了“芯片上的心脏”，这是一种使用含有患者自身干细胞的生物墨水进行3D打印的环状装置 。（Véronique Lavoie，圣贾斯汀大学医院）

研究团队突破了这个瓶颈。他们在工程化的心脏组织中嵌入了两种截然不同的传感系统。首先，他们将心脏组织夹在两个柔软的硅基弹性柱之间，这些支柱会随着心脏每次跳动而弯曲，其弯曲程度反映了整个组织的总体收缩强度。更加巧妙的是，他们还在组织内部嵌入了数千个直径仅为50微米的微型水凝胶传感器。

当心脏细胞收缩时，这些微小的液滴会发生形变，就像被千万个微小的手指同时挤压。通过荧光显微镜追踪这些液滴的变形，科学家能够精确计算出细胞层面的机械应力。这代表了一个质的飞跃：首次能够在活细胞水平上同时测量全局和局部的心脏活动。

蒙特利尔大学生物医学工程师阿里·穆萨维表示，这使得研究人员能够在实时观察组织对不同化合物的反应，这对于临床前开发至关重要。

从死亡原因到精准医学工具

为了验证这套系统的实用价值，研究人员进行了药物测试。

体外形成的致密心脏组织悬挂在两个柔韧的弹性柱之间，用于测量工程化心肌的收缩力。(Mousavi 等人，《纳米微小》， 2025)

他们使用了两种截然相反的化合物。第一种是去甲肾上腺素，这是人体中的一种激素，能够启动"战斗或逃跑"反应，在医学上常用于增强心脏活动。令人惊喜的是，当他们将这种物质添加到芯片心脏组织中时，收缩力明显增强，就像给真实的心脏打了一针强心针。

随后，他们使用了肌肉活动抑制剂去核化肌动蛋白，这种物质会使心脏收缩变弱。预期的结果再次出现：心脏的跳动变得越来越缓慢和无力。这两组对比实验证实了芯片心脏能够预测真实心脏对常见药物的反应。

这意味着什么呢？意味着在给患者用药之前，医生可以用患者自己的细胞构建个性化的心脏模型，提前测试哪种药物最有效。这就是真正的精准医学。

疾病模型与个体化治疗的前景

研究团队的下一步计划更加雄心勃勃。

他们计划利用患有各种心脏疾病患者的细胞来构建特定疾病的芯片心脏，包括扩张型心肌病这种遗传性疾病，以及各种导致心律不齐的心律失常。通过这种方式，医学界可以在真实患者身上尝试治疗之前，在微观芯片上进行充分的测试。

该项目的资深作者、蒙特利尔大学的侯曼·萨沃吉总结道，这项突破让真正的精准医学成为现实。不同患者对同一种药物的反应可能差异巨大，而传统的临床试验无法预见这一切。但现在，医生可以在每个患者的细胞基础上进行药物筛选，找到对该个体最有效的治疗方案。

这对心血管疾病患者意义深远。心血管疾病每年夺走数百万人的生命，而许多治疗方法都伴随着严重的副作用。如果芯片心脏能够帮助医生在用药前进行个体化的药物测试，患者就能避免无效治疗带来的痛苦，更快地找到真正有效的方案。

这个来自显微镜下的小小跳动的心脏，正在改写整个心血管医学的未来。