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作者｜洪瑞祺

编辑｜袁月

近日，国内科研团队在心脏再生医学与类器官建模领域拿下重量级原创成果。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心曾安研究组联合复旦大学、同济大学科研团队，在国际顶级期刊《Cell Stem Cell》发布最新研究，成功利用人多能干细胞体外构建人源窦房结类器官，并搭建“神经—窦房结—心房”心脏传导组装体模型，首次在体外完整复刻人体神经调控心跳节律的生理机制。

该成果补齐了人类心脏起搏系统仿真研究的长期短板，为心律失常机制研究、新药筛选、生物起搏技术研发搭建起高保真人体体外模型，也标志着我国在心脏类器官建模、心血管再生医学领域跻身国际第一梯队，为长期处于技术瓶颈的生物起搏器赛道打开全新研发路径。

打破技术桎梏：解决心脏起搏研究“卡脖子”建模难题

作为人体心脏的“天然起搏器”，窦房结是维系正常心跳节律的核心器官，其功能衰退、病变是心动过缓、心律紊乱、老年房颤等高发心血管疾病的核心诱因。目前临床针对重症窦房结功能障碍，唯一主流解决方案为人工电子起搏器植入。

但长期以来，全球心血管基础研究与新药研发始终受制于建模短板。从研究难点来看，人体窦房结体积微小、位置隐蔽，临床活体样本极难获取，无法支撑常态化机制研究；而传统小鼠等动物模型，在心脏心率、组织结构、神经调控逻辑上与人类差异巨大，动物实验数据转化率低、参考性有限。建模技术的滞后，直接导致心律失常致病机制解析、靶向药物研发、新型起搏治疗技术迭代进展缓慢。

此次国内联合团队的研究突破，彻底打破这一行业桎梏。研究以人多能干细胞为基础，诱导分化出具备完整起搏细胞核心特征、可自主节律跳动的三维人源窦房结类器官。相较于传统二维细胞模型、动物模型，该类器官高度复刻人类心脏起搏组织的细胞结构与生理功能。

更关键的是，团队创新性完成多组织组装，将窦房结类器官、心脏神经丛类器官、心房样类器官精准结合，在培养皿中完整还原人体心脏起搏信号产生、传导、神经调控的全链条生理过程，实现了单一组织建模向多组织互作仿真建模的技术升级，为心血管精准医学研究提供了更贴合人体真实状态的实验载体。

解锁全新作用机制！为心律失常新药研发提供核心靶点

除建模技术突破外，本次研究首次明确心脏神经调控起搏细胞成熟的核心分子通路，为心血管靶向药物研发提供了全新靶点与理论支撑，具备极高的产业化转化潜力。

研究通过人胚胎窦房结空间转录组分析与组装体对照实验，证实PSAP—GPR37信号轴是神经调控心脏起搏功能成熟的关键核心。研究结果显示，神经分泌的PSAP蛋白可特异性结合起搏细胞表面的GPR37受体，直接驱动起搏细胞发育成熟、维持正常节律功能。

反向验证实验进一步佐证了该机制的唯一性与关键性：敲除GPR37受体、抑制神经元PSAP蛋白表达，会直接导致起搏细胞功能成熟受阻、节律紊乱；而外源补充PSAP蛋白，可有效修复起搏细胞功能缺陷、重塑成熟表型。

这一发现颠覆了行业传统研究认知。过往心血管药物研发多聚焦心肌细胞本体、电信号异常等单一维度，而该成果明确了神经—起搏细胞互作失衡是心律失常发病的重要全新诱因，为难治性心律疾病机制研究、创新药靶点挖掘、老药新用验证开辟了全新赛道，填补了全球该领域的机制研究空白。

补齐临床技术短板 生物起搏器赛道进入加速迭代期

当前全球心脏起搏治疗市场长期由电子起搏器垄断，但该成熟疗法的产业痛点日益凸显。从临床应用与商业化痛点来看，电子起搏器属于侵入式器械，需开胸手术植入，存在术后感染、器械排异风险；同时设备电池寿命有限，患者需多次手术更换，长期治疗成本高、生活质量受限，且无法适配部分特殊体质患者。

基于此，生物起搏器被全球生物医药行业视为替代电子器械的下一代核心技术，也是再生医学、细胞治疗领域的热门攻坚方向。行业核心逻辑是通过干细胞工程、基因编辑、组织重构等技术，重塑人体自身心脏起搏功能，彻底规避电子器械的硬件缺陷与手术弊端。

不过截至目前，全球生物起搏技术仍处于基础研究与前置转化阶段，尚未实现临床落地与商业化应用，核心瓶颈就是缺乏高仿真人体研究模型，难以突破细胞成熟度、体内稳定性、节律可控性等关键难题。

本次国产类器官模型的落地，精准解决了行业研发痛点。该组装体模型可规模化应用于窦房结发育、衰老、病变机制研究，同时可支撑心律失常疾病模型构建、高通量药物筛选、治疗方案有效性验证，大幅降低新药与新技术研发的动物实验成本，缩短临床前研发周期。

业内分析指出，相较于传统模型，人源心脏传导组装体能够最大程度还原人类疾病真实病理特征，有效提升药物研发成功率，未来可覆盖老年心律失常、遗传性起搏功能缺陷等细分疾病的精准研发需求，为生物起搏器的细胞治疗、基因治疗技术迭代提供核心实验底座。

类器官产业升级：从单一建模走向人体系统仿真

此次心脏传导组装体的突破，也是国内类器官产业技术升级的缩影。近年来，类器官技术已成为生命科学研究的核心工具，脑、肝脏、肠道、肿瘤类器官已广泛应用于基础研究与药物研发外包赛道，成为生物医药CXO领域的新增长点。

行业发展趋势已从早期的单一组织类器官复刻，进阶至多组织互作、神经调控、生理系统仿真的高阶建模阶段。心脏作为人体结构最复杂的器官之一，其起搏、传导、神经调控的协同机制一直是建模难点。

此次国内团队率先实现心脏神经、起搏组织、心房组织的一体化组装建模，证明我国类器官技术已突破简单组织复刻阶段，具备复杂生理系统仿真的研发能力，进一步夯实了国内再生医学、精准医学的技术基础。

产业展望：短期赋能新药研发，长期重塑起搏治疗赛道

针对市场对“人造生物起搏器即将临床落地”的热议，科研团队表示，本次成果暂无直接临床植入应用能力，并非成熟的治疗产品，其核心产业价值集中在前端研发端。

短期来看，该模型将快速赋能心血管创新药、改良药的临床前筛选与安全性评价，丰富心律失常疾病的研究工具，助力企业降低研发试错成本；中长期来看，依托该平台可构建患者个体化类器官疾病模型，推动心血管精准医疗、个体化治疗落地，为细胞移植、基因编辑等生物起搏技术的临床转化扫清障碍。

随着干细胞技术、空间组学、类器官组装技术的持续突破，心脏疾病研究将彻底摆脱传统动物模型的局限，进入人源组装体仿真研究新时代。在国产科研持续攻坚下，未来生物起搏器有望逐步实现技术落地，颠覆百亿级心脏起搏治疗市场格局，为心血管慢病治疗带来全新商业化解决方案。

参考资料

Cell Stem Cell：Human PSC-derived sinoatrial node-cardiac plexus assembloids model innervation-associated maturation of pacemaker systems https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S193459092600158X

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心：《曾安组合作构建首个人源心脏“生物起搏器”类器官体外模型》

央视新闻：《科学家开发出人类心脏“生物起搏器”类器官》