心脏的规律跳动依赖右心房的“天然起搏器”窦房结，它发出电信号指挥心腔协调泵血，一旦失灵可能导致心跳异常甚至危及生命。但窦房结体积极小、位置隐蔽，人体样本难以获取，动物模型又难以准确模拟人类心率。为此，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）曾安研究组及其合作者利用人多能干细胞，在体外构建出可自主跳动的窦房结类器官，并将其与心脏神经丛和心房类器官连接，实现神经对心跳的调控，为疾病模拟与药物筛选提供全新平台。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。重要的是，经过药物处理后，异常节律得到了改善，这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，周围神经就像“调音师”，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仿佛一把“钥匙”，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。

头图来源：图虫