藥物引發(fā)的心臟毒性是藥物召回的一個重要原因，其中一個重要因素歸咎于現(xiàn)有藥物篩選平臺的局限性。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胞電信號，但其往往會阻礙對心肌細胞形態(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相兼容。

近日，上海交通大學王曉林團隊提出了一種基于透明氧化銦錫（ITO）電極的、可同時進行光學觀察和電信號監(jiān)測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)中光學觀察與電信號監(jiān)測之間不兼容的問題。

該系統(tǒng)片上共集成了三種不同功能的電極，分別是：用于測量細胞外的場電位的微電極陣列；用于促進心肌細胞的前期生長及后期刺激以實現(xiàn)同步跳動的刺激電極；用于測量心肌細胞的跳動頻率的叉指阻抗測量電極。同時，透明電極允許采用圖像處理技術實現(xiàn)心肌細胞跳動的矢量圖和運動熱圖測量，進而實現(xiàn)該系統(tǒng)對心肌細胞的機械生理特性和電生理特性進行全面的研究。

基于該系統(tǒng)建立體外心臟組織模型，進一步評估了四種藥物對心肌細胞的藥理作用，包括兩種激動劑（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）。測試結果表明，這些藥物對心肌細胞的影響與其藥理機制一致，凸顯了該系統(tǒng)未來在心臟藥物開發(fā)和藥物誘導的心臟毒性等相關應用研究中的潛力。

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)表在英國皇家化學會期刊Lab on a Chip上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D3LC00908D

審核編輯：劉清