利用人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的心肌细胞评估具有致心律失常风险的药物的双重心脏毒性

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Dual-Cardiotoxicity Evaluation of Torsadogenic Risk Drugs using Human iPSC-Derived Cardiomyocytes

　　本研究利用hiPSC-CMs和MEA技术对28种CiPA分类的Torsade de Pointes（TdP）风险药物进行双心脏毒性评估，发现低风险药物虽不延长FPDc但显著降低收缩力，而高风险药物主要延长FPDc并引发心律失常事件，表明传统评估方法需结合收缩力参数以更全面预测药物心脏毒性。

　　在现代药物研发过程中，确保药物的安全性是至关重要的环节。传统的药物筛选和安全性评估主要依赖于动物实验，然而，随着对动物福利的关注不断上升，以及物种间药理反应差异带来的挑战，寻找更符合人类生理特征的替代方法成为研究的重点。近年来，人类诱导多能干细胞（hiPSCs）因其可分化为多种细胞类型，包括心肌细胞（hiPSC-CMs），为药物安全性评估提供了新的思路。这些细胞不仅能够模拟人类心脏的电生理特性，还能反映心脏的收缩功能，从而为药物的心脏毒性检测提供了可靠的工具。

在心血管药理学领域，CiPA（Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay）项目是一项具有代表性的研究计划，旨在通过整合体外电生理数据、计算机模拟、体内心电图（ECG）以及hiPSC-CMs的功能性实验，提高对新药引发心律失常风险的预测能力。CiPA强调了对药物引发心室颤动（TdP）风险的全面评估，这包括对药物对心肌细胞电活动的影响和对心脏收缩力的干扰。因此，CiPA框架下推荐的评估方法不仅关注QTc间期延长这一传统指标，还引入了多种新型检测手段，以更全面地识别潜在的心脏毒性。

在此背景下，研究团队开发了一种基于微电极阵列（MEA）的双心脏毒性评估方法，该方法可以同时评估药物对心肌细胞电生理信号和收缩力的影响。这种方法的优势在于其能够提供比单一电生理参数更全面的信息，有助于识别那些在传统检测中未被充分评估的潜在心脏毒性药物。例如，一些被归类为低或无TdP风险的药物，在实验中表现出对心脏收缩力的显著抑制，这表明仅依赖于QTc延长的评估可能不足以全面预测药物的心脏安全性。

研究中，团队对CiPA分类的28种TdP风险药物进行了评估。结果显示，高风险药物通常会导致场电位持续时间（FPDc）延长超过20%，并可能引发心律失常事件。而低风险药物则表现出相反的趋势，它们的FPDc往往缩短，但对心脏收缩力的影响更为显著。这一发现表明，结合电生理信号和收缩力变化的双重评估方法，能够更准确地识别药物的心脏毒性，为药物研发提供更可靠的安全性数据。

此外，研究还发现，一些低风险药物，如钙通道阻断剂，尽管在电生理参数上未表现出显著的TdP风险，却可能通过抑制钙离子内流而影响心脏的收缩功能。这种影响在体内和体外实验中均有所体现，强调了在药物评估过程中，必须同时考虑电生理和机械功能的变化。因此，将收缩力评估纳入药物安全性检测体系，对于全面理解药物对心脏的影响具有重要意义。

为了确保实验的可靠性和可重复性，研究团队对hiPSC-CMs的生成和表征进行了严格的质量控制。这包括对细胞形态和功能的评估，如通过免疫荧光染色确认心肌细胞标志物（如cTnT和α-actinin）的表达，以及通过流式细胞术检测cTnT阳性细胞的比例。这些步骤确保了hiPSC-CMs具有高度的纯度和一致性，从而为后续的药物评估提供了高质量的实验材料。

在实验设计方面，团队采用了标准化的药物处理流程，包括不同剂量条件下的药物测试（如CiPA参考剂量和临床最大血药浓度Cmax）。通过MEA系统，团队能够同时记录场电位和收缩力变化，从而更全面地评估药物对心脏的影响。这种方法不仅提高了检测的效率，还增强了对药物潜在心脏毒性的识别能力。

研究结果表明，基于MEA的双心脏毒性评估方法在识别药物心脏毒性方面具有显著优势。它不仅能够捕捉到药物对心脏电活动的干扰，还能反映其对心脏收缩力的抑制作用。这种综合评估方法有助于药物研发过程中更早发现潜在的心脏毒性，从而减少不必要的动物实验，提高药物筛选的效率和安全性。

然而，尽管该方法在药物评估中展现出良好的应用前景，但仍有进一步改进的空间。例如，hiPSC-CMs的成熟度仍低于体内成熟的心肌细胞，这可能影响其对某些药物反应的准确性。因此，未来的研究需要关注如何促进hiPSC-CMs的成熟，以提高其在药物评估中的可靠性。此外，3D心脏模型，如工程化心脏组织（EHTs）和心脏类器官（HOs），可能为药物评估提供更接近人体的实验系统，从而进一步提升评估的准确性。

总的来说，这项研究为心血管药物的安全性评估提供了新的视角和方法。通过结合电生理和机械功能的双重评估，研究团队展示了如何利用hiPSC-CMs和MEA技术，更全面地识别药物的心脏毒性。这一方法不仅有助于减少对动物实验的依赖，还能提高药物筛选的科学性和准确性，为未来的药物研发和安全性评估提供了重要的参考。