中国科学院曾安团队开发出人类心脏“生物起搏器”类器官
在国家自然科学基金项目（批准号：32570997、32070828）等资助下，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心曾安研究员团队联合复旦大学罗哲主任医师团队、同济大学杜美蓉主任医师团队，在人源心脏起搏系统体外模型构建方面取得重要进展。相关成果以“Human PSC-derived sinoatrial node-cardiac plexus assembloids model innervation-associated maturation of pacemaker systems”为题，于2026年5月15日在线发表于《细胞•干细胞》。该成果被 Cell Press 作为亮点工作报道，并入选该期刊封面（6月刊）。
图 “生物起搏器”类器官模拟心脏神经-起搏调控
心脏持续而有规律地跳动，依赖于位于右心房的“天然起搏器”——窦房结。窦房结在神经系统的精细调控下，持续产生电信号，驱动心脏协调收缩和泵血。窦房结功能异常可引发缓慢性心律失常，严重时导致晕厥甚至危及生命。然而，人类窦房结体积极小、位置隐蔽，临床样本十分有限；动物模型又难以充分模拟人类心脏起搏系统的结构、功能和神经调控特征。因此，建立人源心脏起搏系统体外模型，对于解析心律失常发生规律、开展药物评价和探索新型干预策略具有重要意义。
研究团队以人多能干细胞为起点，通过模拟心脏起搏系统发育过程中的关键信号，建立了人源“生物起搏器”——窦房结类器官诱导体系。该类器官具有类似体内起搏系统的三维结构，表达典型起搏细胞标志基因，能够自主产生稳定节律性跳动，并在转录组特征和药物反应方面接近人类窦房结。当该模型与心房样类器官连接后，电信号可由起搏器样组织传导至心房样组织，从而在体外模拟心脏“起搏—传导”过程。
研究团队进一步将该类器官应用于遗传性心律失常研究。通过基因编辑，团队构建了携带家族性窦房结功能障碍相关突变（KCNJ3 c.247A>C）的类器官模型，发现突变类器官出现显著的跳动减慢表型；使用选择性钾离子通道阻断剂 Tertiapin-Q 干预后，异常节律得到改善，表明该系统可用于模拟遗传性窦房结疾病并开展药物评价。
为模拟神经系统对心率的调控，研究团队进一步构建了富含神经元的心脏神经丛类器官，并将其与窦房结类器官、心房样类器官组装，建立了“心内神经—窦房结—心房”三类器官组装体。结果显示，神经纤维能够延伸进入窦房结类器官并调节其跳动频率；神经调控信号还可传递至下游心房样组织，改变其节律，表明该模型能够在体外重建神经对人类心脏起搏系统的调控。
进一步研究发现，人类窦房结及其周围神经微环境具有独特的分子特征。窦房结起搏细胞富集表达受体 GPR37，而其配体 PSAP 主要来源于邻近神经元。功能实验表明，神经来源的 PSAP 可通过 GPR37 促进起搏细胞成熟。该研究揭示了 PSAP–GPR37 介导的神经—起搏细胞交流方式，提示神经不仅调节心率，也参与人类“天然起搏器”的发育成熟。
该研究建立了人源“生物起搏器”类器官，并在体外重建了神经调控人类心脏起搏系统的关键过程，为窦房结疾病、遗传性心律失常研究和药物筛选提供了新模型，也为未来发展基于类器官移植的生物起搏策略奠定了基础。
论文链接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(26)00158-X