药物研发新方法（NAMs）在体外心脏安全性研究中的应用

药物研发中的新方法（NAMs）是什么？

药物研发中的新方法，也称新方法学（New Approach Methodologies，NAMs），包括先进体外实验、计算建模等方法和研究策略。它们旨在提高数据与人体生物学的相关性。在证据充分、用途明确时，可补充传统动物试验的数据，或减少对部分动物试验的依赖。人源细胞和类器官可以是其中的模型，但模型本身不是完整的检测方法，还需要明确暴露条件、测量指标和判读标准。^[1]

FDA 在 2025 年发布减少临床前安全性研究中动物试验的路线图，随后于 2026 年 3 月发布 NAMs 指导原则草案，提出按预定用途验证方法。是否适用，取决于模型与所研究风险的相关性、实验可靠性以及结果能否支持预定决策，不取决于模型叫不叫「类器官」。^[2]

在心脏方向，ICH E14/S7B 问答（R1）区分了针对特定疑问的后续研究，以及在特定用途下经验证、可用于整合风险评估的替代试验。这两类用途所需的证据不同。下文聚焦研发阶段的体外心肌功能评价，不把探索性检测等同于已获监管认可的替代试验。^[3]

人源 iPSC 心肌细胞为什么用于心脏安全性研究？

人诱导多能干细胞（hiPSC）可由人体细胞重编程获得，进一步分化得到心肌细胞，即 hiPSC-CM。与只表达特定通道的细胞不同，hiPSC-CM 中的动作电位反映多种离子电流的共同作用。测量这些细胞的复极、钙瞬变和收缩，可以追问单通道结果没有回答的问题：化合物作用到人源心肌细胞后，整体功能发生了什么变化？^[4][3]

人源 iPSC 心肌细胞可按问题选择单细胞或贴壁细胞群。单细胞膜片钳适合记录动作电位波形；细胞群可用电压成像观察电活动和节律，也可结合钙成像、收缩测量来比较给药前后功能。如果需要连续观察，适配的培养体系还可考虑场电位与阻抗检测。阻抗反映与搏动及细胞状态有关的变化，不是直接测得的收缩力。

Blinova 等在一项盲法多中心研究中，用两种 hiPSC-CM 细胞系检测了 28 种化合物，比较复极与节律相关指标。这为该模型的应用提供了研究依据，但不是对任意细胞系、检测条件或待测化合物的普遍验证。细胞批次、培养状态和搏动频率都会影响基线和药物响应；尤其是药物同时改变搏动频率时，不能仅凭动作电位时程延长就断定药物直接作用于复极电流。^[5][3]

从人源 iPSC 心肌细胞到类心脏：三维模型多了什么信息？

iPSC 心肌细胞描述的是细胞来源，心脏类器官（cardiac organoids）描述的是三维组织模型。iPSC 来源的心肌细胞既可以二维培养，也可以是三维模型的组成部分。Hofbauer 等在 2021 年报道了一种由人多能干细胞自组织形成、带有腔样结构的类心脏（cardioid）。这是具体的模型设计，不能把所有三维心肌细胞团都视为同一种类器官，也不能把有腔样结构等同于重现了成年心脏。^[6]

与二维培养相比，三维模型的价值在于研究空间问题。例如，一个化合物对组织不同区域的钙瞬变影响是否一致？局部活动能否传播到其他区域？如果研究只需要比较候选物对动作电位或收缩的影响，二维模型可能已经能回答问题，并不必然要换成三维。心脏类器官功能检测应先明确样本来源、构建方式、尺寸和可记录范围，再决定哪些指标可以比较。

在类器官中，探针进入组织的程度、成像深度和运动干扰都会影响观察范围。膜片钳记录的是可接近细胞的膜电位；类器官钙成像展示的是可见区域的钙信号。两者都不能直接代表整个组织的电活动，钙信号传播也不等同于直接测得的电传导速度。^[3]

hERG、动作电位、钙成像和收缩怎样选？

hERG 筛选针对特定通道电流；人源心肌细胞检测关注多种因素共同作用下的功能变化。判断是否需要补做实验，先明确现有数据解释不了哪个问题，再选择对应指标。^[3]

检测示例：心脏类器官的钙信号

同一组织内，不同区域的钙信号可能在幅度、时间或节律上有所差异。空间信号图展示区域分布，钙瞬变曲线呈现随时间的变化。若要进一步区分变化来自电活动、钙处理还是机械响应，可按样本条件补充电压成像或收缩测量。

体外心脏安全性研究怎样设计和解读？

研究开始前，先确定主要指标，并记录细胞来源与批次、培养条件、给药浓度和观察时间。配套的溶剂对照、参考化合物和预先定义的信号质量标准，可以帮助判断变化是药物效应，还是基线波动、样本状态或记录条件造成的。不同实验若要横向比较，处理条件和分析窗口也应尽量一致。^[3]

以收缩减弱为例：若钙瞬变和收缩都发生变化，可以进一步研究钙处理是否参与；若钙瞬变变化不明显，可考虑收缩环节本身，也要检查测量灵敏度及样本状态。将电活动、钙瞬变和收缩放在一起看，是电–钙–收缩偶联评价的用处。若记录来自匹配但不同步的样本，可以比较响应趋势，不据此推断逐搏时序或确定分子靶点。

体外结果可用于早期候选物比较、后续实验设计和机制研究，不单独构成临床风险判断，也不意味着能直接替代特定申报研究。星智云开（SparkMind）提供人源 iPSC 心肌细胞和适配心脏类器官的电生理、功能成像与收缩检测，具体组合依据样本条件与研究目标确定。