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引文 Licata JP, Gerstenhaber JA 和 Lelkes PI (2025) 用于体外电刺激心脏细胞的新型低成本生物反应器。前沿。生物
动脉、植入式设备（如起搏器或植入式除颤器），或在最极端的情况下移植整个心脏（Aronow，2009）。然而，这些疗法并不能直接修复心脏受损的组织。为此，人们进行了无数次尝试，将干细胞衍生的心肌细胞（CM）直接整合到梗塞的心脏中（Silver 等人，2021），无论是单细胞植入（Lee 等人，2024）还是实验室制造的心脏贴片（Liu 等人，2024）。迄今为止，仍然存在阻碍这些治疗成功的重大挑战，例如细胞保留（Wu 等人，2021 年）、由于干细胞分化不完全而导致的畸胎瘤形成风险（Kawamura 等人，2016 年）或缺乏电生理整合（Gepstein 等人，2010 年；Liao 等人，2010 年）。解决这些问题的一步是持续生成干细胞衍生的成熟 CM，这些 CM 在移植后可以通过连接蛋白电耦合到现有的心脏组织（Roell 等人，2007 年）并对电信号作出反应以控制心跳（Mandel 等人，2012 年）。电信号对于体内心脏组织的发育非常重要（Thomas 等人，2018 年；Hirota 等人，1985 年）。体外电刺激 (ES) 此前已被探索作为心脏细胞成熟和功能的调节剂，特别是在人类诱导多能干细胞衍生的 CM (hiPSC-CM) 中 (Ronaldson-Bouchard 等人，2019 年；Ma 等人，2018 年；Hernández 等人，2018 年)。然而，这些研究的结果并不一致。虽然大多数研究表明，一定量的直接耦合脉动 ES 有利于 CM 成熟，但尚未就最佳刺激参数达成共识，包括刺激信号的频率、幅度和脉冲持续时间 (Dai 等人，2021 年)。虽然大多数已发表的研究都是使用 3 – 6 V/cm 范围内的电场强度进行的（Ruan 等人，2016 年；Crestani 等人，2020 年；Chan 等人，2013 年），但其他研究报告称 ES 低至 2 V/cm（Hirt 等人，2014 年）或高达 9 V/cm（Ronaldson-Bouchard 等人，2018 年）。研究在 ES 信号的频率（Tandon 等人，2011 年）和持续时间（Geng 等人，2018 年；Yoshida 等人，2019 年）以及开始此类刺激的发育时间点（Crestani 等人，2020 年；LaBarge 等人，2019 年）方面也存在显著差异。个别研究可能会同时改变多个参数，例如：电刺激的幅度、脉冲频率、持续时间和发展时间。鉴于其中一些研究（Gabetti 等人，2023 年；Hu 等人，2024 年）报告了多个参数变化的结果，但没有适当的控制，因此很难区分哪些参数对于指导心脏分化至关重要。生物反应器是动态细胞和组织培养容器，用于为体外生长的细胞提供刺激，从而重现静态培养条件下通常找不到的环境线索（Licata 等人，2023 年）。尽管最近开发了生物反应器来向心脏细胞传递电信号，但作者往往未能提供足够的细节来确保工作可以重现（Gabetti 等人，2023 年；Hu 等人，2024 年）。在本研究中，我们提出了一种生物反应器，用于精确、可控的电刺激体外生长在 2D 单层或 3D 球体中的细胞。该生物反应器设计用于低剪切流体混合，以增强营养物质的利用率，同时还允许在整个实验期间使用