基于透明ITO电极的多功能心脏微生理系统可进行电信号监测

药物引发的心脏毒性是药物召回的一个重要原因，其中一个重要因素归咎于现有药物筛选平台的局限性。传统的心脏微生理系统通常采用非透明金属电极记录心肌细胞电信号，但其往往会阻碍对心肌细胞形态的直接观察。因此，基于非透明金属电极所开发的心脏微生理系统往往功能较单一，无法和图像处理等技术相兼容。

近日，上海交通大学王晓林团队提出了一种基于透明氧化铟锡（ITO）电极的、可同时进行光学观察和电信号监测的多功能心脏微生理系统。该系统采用透明的ITO电极替代传统的非透明金属电极，解决了传统心脏微生理系统中光学观察与电信号监测之间不兼容的问题。

该系统片上共集成了三种不同功能的电极，分别是：用于测量细胞外的场电位的微电极阵列；用于促进心肌细胞的前期生长及后期刺激以实现同步跳动的刺激电极；用于测量心肌细胞的跳动频率的叉指阻抗测量电极。同时，透明电极允许采用图像处理技术实现心肌细胞跳动的矢量图和运动热图测量，进而实现该系统对心肌细胞的机械生理特性和电生理特性进行全面的研究。

基于该系统建立体外心脏组织模型，进一步评估了四种药物对心肌细胞的药理作用，包括两种激动剂（异丙肾上腺素和去甲肾上腺素）和两种拮抗剂（维拉帕米和奎尼丁）。测试结果表明，这些药物对心肌细胞的影响与其药理机制一致，凸显了该系统未来在心脏药物开发和药物诱导的心脏毒性等相关应用研究中的潜力。

该成果以“Multifunctional cardiac microphysiological system based on transparent ITO electrodes for simultaneous optical measurement and electrical signal monitoring”为题，发表在英国皇家化学会期刊Lab on a Chip上。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/D3LC00908D

审核编辑：刘清