面向电生理的机理研究与药效安全评估，星智云开在“心肌细胞光学成像 + 电生理”方向提供体系化技术服务支持。作为研究方向的前瞻，本文对一类新型的 “多参数光学心肌功能评估平台”进行系统介绍。

平台定位：在单一成像架构下同步量化“机械—钙—膜电”三类读出

该平台在一个统一的光学系统上完成三类核心读出：无标记的收缩（明场位移）、Ca²⁺ 瞬变（Fluo-4F）与膜电位变化（di-4-ANEPPS 比率成像）。研究者以同一视野的“CCM （心脏收缩力调节器）刺激前—刺激中—刺激后”连续时序，获取可直接对齐的机械与荧光信号轨迹，从而在细胞尺度解析外加电场（临床相关 CCM 脉冲）对心肌兴奋–收缩偶联各环节的急性影响。

收缩测量：明场光学位移，完全无染料

平台以明场视频记录心肌细胞节律性运动，通过像素强度相关（pixel intensity correlation）算法计算位移–时间曲线，自动输出收缩幅度、收缩/舒张速率、达峰时间与收缩持续时间（如10%、50%、90%）等参数。该流程不依赖任何荧光染料，避免了光毒性与染料串扰对机械读出的干扰，适合与 Ca²⁺、电压通道在同一实验窗口内配对分析。

Ca²⁺ 瞬变：Fluo-4F AM 负载的时间分辨荧光记录

平台采用 Fluo-4F AM（10 μM） 对细胞进行 Ca²⁺ 指示剂负载，在同一平台下以 470 nm 激发获取荧光时间序列。由此定量 CaT 幅度、上升/下降斜率、达峰时间与持续时间（如 CaT50/90） 等指标，并与收缩轨迹进行时序比对，揭示外加电场对 Ca²⁺ 动力学的即时影响。

膜电位：di-4-ANEPPS 双通道比率成像抑制运动伪影

膜电位检测使用 di-4-ANEPPS（20 μM） 作为电压敏感染料，平台以 470 nm 激发、双发射通道（510–560 nm 与 590–650 nm）进行比率成像，降低因细胞运动引起的光学伪影。由此计算 动作电位上升时间（T_rise）、APD_50/75/90 等时程参数，并与 Ca²⁺、收缩读出同步对照，形成贯穿“膜电—钙—机械”的闭环证据链。

刺激学与成像学整合：临床相关 CCM 脉冲的体外复刻

为研究临床相关电信号的细胞效应，文献在绝对不应期施加 CCM 双相脉冲（四个双相波、每相约 5.14 ms、总时长约 20.56 ms），并以固定间隔与 1 Hz 起搏脉冲配对。电极为 48 孔玻底板上的可移除铂丝结构（间距约 2 mm），实验在 37 °C、5% CO₂ 条件下进行。平台在同一孔内完成“CCM 前–中–后”的多模态测量，保证电刺激–成像–分析的严格时序对应。

数据结构与读出设计：同视野、同时间、三维度

文献遵循统一的 ROI（感兴趣区域）与记录时窗：在每一状态至少连续采集数秒的明场与荧光信号，输出可重复的幅度、速率、时程等要素，并以配对设计比较 CCM 介入前后变化。该数据结构使“膜电位时程变化—Ca²⁺ 动力学—收缩力学”三者得以直观拼接，有助于在细胞尺度上解析外加电场的即时生理效应。

应用场景：解析临床相关电信号的细胞急性效应

该平台服务于一个明确的科学问题：临床相关的 CCM 脉冲在细胞层面带来什么即时生理学变化。凭借明场–Ca²⁺–电压三联读出与严格的时序对照，研究者得以在单细胞层面量化收缩增强、Ca²⁺ 动力学与动作电位时程的协同变化。这一“同位视野、同一时间轴”的方法学，是本类平台在机理解析中的核心价值点。

星智云开（Sparkmind）是一家专注于神经科学与心血管研究的CRO企业，提供基于电生理与生物显微成像的技术服务，助力创新药研发与机制探索。

参考文献

Feaster TK, Tran UM, Black HD, et al. Acute effects of cardiac contractility modulation on human induced pluripotent stem cell–derived cardiomyocytes. Physiological Reports. 2021;9:e15085.