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2026-05-17
心脏能够持续而有规律地跳动，依赖于右心房中的窦房结。它像心脏的“总指挥”，在神经系统调节下持续发出电信号，并通过心脏传导系统指挥心房和心室协调收缩、泵送血液。一旦这个“总指挥”失灵，心跳可能变慢或停顿，严重时会危及生命。
研究人类这一“天然起搏器”并不容易。窦房结体积极小、位置隐蔽，人体样本很难获得，而小鼠等动物模型无法准确模拟人类心跳及神经对心律的调控。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的研究团队利用人多能干细胞，在培养皿中构建了人源“生物起搏器”——窦房结类器官，并将其与心脏神经丛类器官连接，实现了神经对心跳的调控。相关成果于2026年5月15日在线发表于国际学术期刊《细胞-干细胞》。
如何在实验室中打造接近真实的人类“生物起搏器”一直是心脏起搏和传导研究中的重要挑战。研究团队通过模拟胚胎发育中的关键信号，并经过系统筛选，引导干细胞形成三维窦房结类器官，能够自主产生稳定心跳。当其与心房样类器官连接后，电信号可从窦房结一侧发出，传导至心房组织，成功模拟了体内“起搏—传导”过程。
借助这一类器官模型，研究人员进一步探索了心律失常的发生机制。他们在类器官中引入了与家族性窦房结功能障碍相关的突变，结果发现这些“起搏器”跳动明显变慢，成功重现了缓慢性心律失常的关键特征。经过药物处理后，异常节律得到了改善，表明该模型不仅能帮助理解心率相关疾病的发生机制，还可用于评估潜在治疗药物。
真实心脏中，窦房结并非独自工作，周围神经会根据身体状态调节心率。为模拟这一过程，团队构建了富含神经元的心脏神经丛类器官，并与窦房结类器官和心房类器官组装。实验显示，神经纤维能够延伸进入窦房结类器官，调节其跳动频率，并将电信号传导至下游心房组织。结合人胚胎窦房结的空间图谱和体外干预实验，研究发现，人类特异的神经通路不仅调控心率，还促进起搏系统成熟：神经元分泌的PSAP作用于起搏细胞表面的GPR37，推动起搏细胞向成熟状态发展。
该研究在体外重建了人类心脏天然起搏系统及其神经调控过程，为心律失常研究、药物筛选和未来生物起搏器开发提供了重要工具。
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