藥物引發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有藥物篩選平臺的局限性。傳統的心臟微生理系統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的直接觀察。因此，基于非透明金屬電極所開發的心臟微生理系統往往功能較單一，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測的多功能心臟微生理系統。該系統采用透明的ITO電極替代傳統的非透明金屬電極，解決了傳統心臟微生理系統中光學觀察與電信號監測之間不兼容的問題。

該系統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心肌細胞跳動的矢量圖和運動熱圖測量，進而實現該系統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，凸顯了該系統未來在心臟藥物開發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