“拧”出功能性迷你心脏！Acta biomaterialia：磁扭矩刺激激活机械传导，同步实现布局功能与血管化冲破

心脏作为胚胎发育中最早成型的焦点器官，其从原始心管发育为两房两室的成熟布局，依靠周详的细胞分化、组织形态调控和机械力旌旗灯号传导。构建能摹拟自然心脏特点的心脏类器官，是血汗管疾病机制研究、药物挑选和再生医学范畴的焦点方针。但传统体外培育系统难以复刻体内的机械力微情况，致使心脏类器官常面对成熟度不足、缺少功能性血管收集等问题，极年夜限制了其临床转化价值。

近日，韩国科研团队在Acta biomaterialia颁发的研究Three-dimensional magnetic torque stimulation enhances functional structural maturation in developing human cardiac organoids立异性开辟出磁扭矩刺激（MTS）手艺，成功破解了这一行业困难。

该研究团队设计了基在扭转平均磁场与磁颗粒的MTS系统，将小麦胚芽凝固素润色的超顺磁性纳米颗粒与人类胚胎干细胞共培育构成心脏类器官后，经由过程该系统施加精准机械扭矩。尝试起首验证，磁颗粒对类器官分化无毒性影响，且肯定第10至13天延续72小时的刺激时长，能最有用上调心肌特异性标记物表达。

图1：磁颗粒的散布和磁场表露延续时候的影响

磁扭矩刺激对心脏类器官的分化与成熟起到显著增进感化。免疫荧光检测显示，接管刺激的心脏类器官（MT-CvO）中，心肌细胞特异性标记物cTnT阳性细胞散布更普遍，心房标记物MLC2a与心室标记物MLC2v的共定位现象较着削减，这意味着MT-CvO构成了更清楚的心房-心室分区布局，更接近自然心脏的腔室化特点。份子层面检测发现，MT-CvO中间肌缩短相干基因（如TNNT2、MYH7）、电心理功能相干基因（如KCNJ2、RYR2）和心肌T管构成相干标记物（如CAV3、JPH2）表达均显著上调，而起搏细胞特异性标记物TBX18表达较着下降，提醒类器官向功能性缩短型心肌细胞实现定向分化。功能学阐发进一步证实，MT-CvO的缩短-舒张时程显著耽误，心率降至约37次/分钟，同时细胞内钙瞬变动纪律且振幅更高，这些特点均与成熟心肌细胞功能高度一致。

图2：15天时，磁扭矩经由过程上调心肌相干基因表达和改良功能参数，增进心脏类器官的分化和成熟

血管化是权衡心脏类器官功能成熟的另外一要害指标。研究发现，MT-CvO中内皮细胞标记物CD31、成熟内皮细胞标记物vWF、周细胞标记物PDGFRβ和光滑肌细胞标记物αSMA的基因与卵白表达均显著升高。对血管收集的定量阐发显示，与未刺激组比拟，MT-CvO的血管面积增添29.2%，血管长度和血管毗连点数别离晋升1.66倍和2.12倍，构成了由内皮细胞、周细胞和光滑肌细胞配合组成的成熟血管布局，为类器官供给了近似体内的营养运输根本。

图3：机械刺激引诱心脏类器官的血管生成和血管成熟

转录组阐发进一步说明了这一进程的份子机制：与未刺激的心脏类器官比拟，MT-CvO中有2118个基因表达显著上调，且上调幅度均达1.5倍以上。这些差别表达基因首要富集在心肌成熟、血管构成和机械传导相干通路，包罗细胞外基质-受体彼此感化、Hippo旌旗灯号通路、间隙毗连等。进一步验证尝试证实，磁扭矩刺激经由过程激活整合素（ITGA5、ITGB3）-黏着斑激酶（FAK）-细胞骨架-核纤层（Lamin A/C、Emerin）旌旗灯号轴，将外部机械旌旗灯号有用传递至细胞内部甚至细胞核，进而调控下流要害基因表达，终究鞭策心脏类器官的布局成熟、功能完美和血管收集构成。

图4：15天时，与血汗管类器官比拟，磁扭矩引诱的血汗管类器官中与心肌成熟和血管发育相干的基因上调的差别转录组阐发

图5：机械传导有助在心脏类器官的成熟和血管生成

这项研究的焦点价值在在，无需添加额外化学因子或进行内皮细胞共培育，仅经由过程精准调控的机械力刺激，就可以同步实现心脏类器官的布局成熟、功能优化与血管化。这一手艺不但为研究机械力在心脏发育中的调控机制供给了更切近心理状况的抱负模子，更冲破了传统体外培育系统的局限，为血汗管疾病建模、药物平安性评价和心脏再生医治供给了全新手艺平台。跟着该手艺的进一步优化与推行，将来有望为血汗管疾病患者带来更精准的医治方案，鞭策再生医学范畴向更切近临床需求的标的目的成长。（Bioon.com）

参考文献：

Shin, Tae Hoon et al. “Three-dimensional magnetic torque stimulation enhances functional structural maturation in developing human cardiac organoids.” Acta biomaterialia, S1742-7061(25)00786-X. 23 Oct. 2025, doi:10.1016/j.actbio.2025.10.040