心脏

心脏由血管网络（动脉，静脉和毛细血管）组成，是循环系统的中心。心脏使用电信号使肌肉壁收缩并将血液泵入循环系统。

健康的心脏以适当的速度为身体提供适量的血液。如果疾病或损伤使心脏衰弱，身体的器官将无法获得足够的血液来正常工作。药物同样可以改变心跳的速度和规律性。因此，科学家需要能够更好地预测哪些药物可能具有毒性。

目前的测试，大多数是动物模型和实验室的测试，并不总是能准确预测药物对人体的毒性。事实上，心脏毒性是新药在人体测试阶段甚至药物上市后失败的最常见原因之一，占市场退出药物总数的三分之一。

心脏芯片

加州大学伯克利分校的研究团队制备了一种心脏芯片。研究人员从成人供体细胞衍生的诱导多能干细胞（iPSCs）中生成了心肌细胞。干细胞具有发展成许多不同细胞类型的显著潜力。干细胞在生命早期和胚胎发育中很重要；在成人中，干细胞在组织修复和维持中起作用。iPSC可以产生无限供应的供体细胞，能够形成芯片装置需要的心脏和其他类型的组织。

芯片提供营养和氧气，以保持细胞活力。产生的心脏组织甚至有心跳。当研究人员使用患有心率缓慢疾病患者的iPSC 时，心脏芯片产生的“脉冲”比来自健康成人的心脏芯片慢，表明心脏组织保留了一些关键特征。

加州大学伯克利分校的科学家正在进行生物工程心脏芯片。芯片提供营养和氧气，以细胞保持活力，甚至还有心跳。

在该视频中，上图显示心脏组织以正常速率跳动的芯片。当添加一种名为异丙肾上腺素的药物时（下图），心率变快，模仿人类患者的反应。

心脏-微血管-肝脏芯片系统

美国国立卫生研究院支持的哥伦比亚大学、麻省理工学院、波士顿大学、哈佛大学威斯研究所和耶鲁大学的研究团队，正在从iPSC系列中培养心脏细胞并使其在心脏芯片上成熟，从而模拟体内心脏细胞的功能。 

这个项目的科学家正在组装一个血管 - 肝脏 - 心脏模型综合的人体系统，来模仿人体的协调功能。通过使用来自健康个体和携带各种疾病患者的iPSC，团队正在个性化该系统，以模拟特定的遗传和疾病状态，并测试治疗剂在心脏和其他器官中的有效性和毒性。

该图像显示心脏芯片上的人iPSC衍生的心脏组织

该图像显示了由心脏芯片支持的成熟心脏细胞的正确取向和功能。

展望未来

科学家团队设想将芯片上的心脏与其他器官芯片结合使用，以筛选候选药物的毒副作用。使用这些模型来准确筛选潜在药物的能力相对于动物模型来说是一个景物，动物模型相对昂贵，而且无法准确预测危险的药物反应。这些系统还将使科学家能够模拟罕见的遗传疾病，以研究治疗方案。

当组织芯片连在一起时，几乎就像“芯片上的人”，研究人员可能能够同时预测药物对器官系统的影响。