CELLINK BIONOVA X：人类微心脏模型助力精准医疗与药物研发

心血管疾病是全球致死率居高不下的重大健康威胁，而传统动物模型和二维细胞培养在药物研发中存在预测性差、成本高昂等诸多局限。如今，CELLINK 公司借助 BIONOVA X 的创新技术，成功打造出人类微心脏模型，为精准医疗和药物发现开辟了全新路径。

思维导图

传统研究模型的困境

长期以来，动物模型和 2D 细胞培养是心血管疾病研究与药物测试的主要工具，但二者均存在明显短板。2D 细胞培养缺乏人体组织的三维微结构，细胞间通讯和排列方式与体内真实情况差异较大，导致实验结果难以反映人体实际反应；动物模型则因物种差异，对人类药物反应的预测价值有限，据 FDA 数据，约 92% 通过动物实验的药物在人体临床试验中失败，新药上市平均成本高达 10-20 亿美元。此外，部分药物对不同基因型、种族、性别和年龄群体的效果差异显著，传统模型难以覆盖这些变量。

创新技术：3D 生物打印构建微心脏模型

CELLINK 团队采用专利数字光处理（DLP）BIONOVA X 生物3D 打印机，在标准多孔板中直接打印出高精度微柱阵列，再接种人类诱导多能干细胞衍生心肌细胞（iPSC-CMs），成功构建出 “微柱上的心脏” 模型。

该技术具有突出优势：打印速度快，每个孔中 8 对微柱可在 30 秒内同步完成；分辨率高，能精准控制微柱尺寸与间距，厚柱尺寸为 135×135μm，薄柱为60×135μm，高度均为 500μm；兼容性强，可适配6 孔、12 孔、24 孔等标准培养板，无需转移样本即可直接成像和检测。更重要的是，打印的微柱在 7 天培养期内力学性能稳定，弹性模量维持在 4MPa 左右，为心肌组织生长提供了可靠的支撑环境。

关键突破：优化心肌组织成熟度与功能

为提升模型的生理相关性，研究团队从多方面进行了优化。通过测试 100-225μm 不同微柱间距，发现225μm 间距时肌节排列最佳，32% 的肌节与收缩力方向夹角在±15° 以内，49% 在±30° 以内，且平均肌节长度为1.8±0.6μm，完全处于人类心脏肌节的正常工作范围（1.8-2.3μm）。

同时，结合 3D 培养与电刺激（0.3Hz，自接种后第4 天开始隔天刺激），显著提升了心肌组织的成熟度。与传统单层培养相比，这种组合方式使肌节力生成相关基因（TNNT、MYH6）、缝隙连接基因（CNX43）和钙离子通道基因（RYR2）的表达均大幅上调，让 iPSC-CMs 衍生组织的功能更接近成熟心肌。

实用价值：实时监测药物反应与收缩力

   该微心脏模型可直接在培养板中实现心肌收缩力的无接触实时测量。利用欧拉 - 伯努利梁理论，通过追踪薄柱的弯曲位移，即可计算出心肌组织的收缩力，平均收缩力达 8.9μN，与体积大 6 倍的工程化心肌组织相当。

    在药物测试中，模型表现出良好的响应性：经奥美沙坦（OM）、左西孟旦（LEVO）和异丙肾上腺素（ISO）处理后，心肌收缩力分别提升75%、33% 和27%，验证了其在药物筛选中的实用性。这种实时可视化的检测方式，为药物疗效评估和心脏毒性检测提供了高效工具。

未来展望：赋能精准医疗与再生医学

   该 3D 生物打印微心脏模型的成功构建，不仅解决了传统模型的诸多痛点，还展现出广阔的应用前景。依托iPSC 技术，可从特定患者身上获取细胞，构建个性化模型，助力罕见病研究和精准治疗方案制定；其高通量特性适合大规模药物筛选，能显著降低研发成本、缩短研发周期。

    未来，该技术还可扩展到多材料、多细胞复杂组织模型的构建，与自动化液体处理系统、成像系统等集成，进一步提升研究效率。此外，该方法还可推广到肝脏、肾脏等其他组织模型的构建，为整个精准医疗和药物研发领域带来革命性变化。

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