综述：场电位持续时间及其变异性作为揭示促心律失常的重要参数：从人类多能干细胞衍生的心肌细胞分析中的问题方面

《Progress in Biophysics and Molecular Biology》：Field potential duration and its variability as essential parameters for revealing proarrhythmia: problematic aspects of analysis in cardiomyocytes derived from human pluripotent stem cells

MEA技术用于分析人胚胎干细胞来源的心肌细胞场电位持续时间（FPD），发现信号处理（如滤波设置）不统一导致结果不一致，需规范FPD与周期长度的关联分析方法。

　　

Martin Král|Olga ?vecová|Pavel Jurák|Josef Halámek|Milena ?imurdová|Ji?í ?imurda|Markéta Bébarová

马萨里克大学医学院生理学系，捷克共和国布尔诺市Kamenice 5号，邮编625 00

摘要

微电极阵列（MEA）是一种简单且高通量的方法，非常适合从可兴奋细胞（包括心肌细胞）中获取大量数据。然而，数据分析可能会遇到问题，尤其是场电位持续时间（FPD）的分析。多种因素，如分化方案、培养时间、记录设置和信号处理，都可能影响分析结果。在本文中，我们重点关注了心肌细胞（特别是由人类多能干细胞（hPSC）衍生的心肌细胞）的MEA记录设置、分析以及FPD的评估。通过对120多篇使用MEA和任何心脏制备方法的原始文章进行研究，我们发现采集设置存在不一致性。值得注意的是，只有三分之一的研究提供了关于信号滤波的完整信息，尽管这可能会显著影响信号的形状，进而影响FPD。因此，在使用任何校正公式之前，需要仔细检查“原始”信号和滤波后的信号，以准确估计FPD值。

引言

心律失常通常与复极化异常有关，这可能表现为心电图（ECG）上QT间期的延长、缩短或不稳定性（变异性）（有关最新综述，请参见Schwartz等人2020年、Lerman等人2024年的研究）。几十年来，人们使用各种体内（in vivo）、体外（ex vivo）和体外（in vitro）动物模型来研究心律失常的机制。尽管动物研究仍能提供重要的新数据，但相关的伦理问题以及将这些数据应用于人类病理学时的挑战也需要考虑。此外，这些研究有时会得出关于测试化合物心律失常潜能的假阴性或假阳性结果（Giorgi等人2010年）。2009年，Zhang等人首次发表了利用人类多能干细胞（hPSC）制备功能性心肌细胞的方法。尽管这些细胞存在一些局限性，但在过去15年中，hPSC衍生的心肌细胞已成为心脏电生理学研究中的重要模型（例如Odening等人2021年、Ismaili等人2023年、Lee等人2024年的研究）。这项技术使得能够获得健康和患病的人类心肌细胞模型，甚至是特定患者的模型，这是个性化医学的重要一步。多电极阵列（MEA）技术的发展及其应用的普及（Andrysiak等人2021年），加上hPSC衍生心肌细胞的日益普及，使得心脏电生理参数的高通量分析成为可能，这种分析在某种程度上类似于临床ECG参数的分析。然而，为了确保数据的准确性，必须考虑一些重要的限制因素。

MEA记录原理、类型及其在心脏电生理学中的应用

MEA技术可以长期记录来自完整细胞单层（2D）、三维（3D）细胞团或组织切片的电活动，这些细胞或组织切片可以培养在单孔或多孔MEA上，或者使用柔性MEA直接放置在器官表面进行记录。由于一个或多个电极可以切换到刺激模式，因此可以记录自发或刺激产生的电活动。MEA包含不同数量的微电极。

FPD分析

尽管FPD与QT间期持续时间在概念上有相似之处，但在实际评估过程中存在显著差异。众所周知，QT间期从QRS波群的开始到T波的结束。QRS波群的起始由Q波或R波的清晰起始点确定，而T波的结束点则不易识别，因此需要采用多种技术来进行评估，例如切线法和阈值法（Postema和Wilde 2014年，Vink等人2018年）。

针对这一问题...

未来研究建议

FPD的分析在不同科学文献中存在不一致性，这使得结果难以比较。在进行FPD分析时应遵循一些基本规则，以减少这种不一致性：

• 1.
  仔细过滤原始信号，尤其是使用尽可能低通带的滤波器（最好不超过0.1 Hz），并比较原始信号和滤波后的信号

FPD的正确评估在很大程度上取决于所使用的带通滤波器。最常见的1 Hz高通滤波器...

结论

总结本研究的结果，可以发现已发表的心脏组织MEA数据在处理过程中存在不一致性，经常缺乏对所用方法的适当描述，或者采用了不正确的记录和/或评估设置，这可能导致信号失真和结果错误。为了提高研究的可比性并避免误解，应仔细考虑影响MEA信号的所有因素。

作者贡献声明

Ji?í ?imurda：撰写、审稿与编辑。Markéta Bébarová：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、概念构思。Martin Král：初稿撰写、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据分析。Josef Halámek：审稿与编辑、概念构思。Milena ?imurdová：审稿与编辑。Olga ?vecová：初稿撰写、方法论设计、数据分析。Pavel Jurák：审稿与编辑、概念构思

未引用的参考文献

Christophe, 2025; Clements和Thomas, 2018; Goineau和Castagné, 2018; Lee等人, 2024; Ma等人, 2011; Song等人, 2022; Song等人, 2022.

利益声明

作者声明没有利益冲突。

数据获取

原始数据可向通讯作者MB索取，如需可合理申请。

资助

本研究得到了以下项目的支持：捷克卫生部提供的NU22-02-00348项目，捷克教育、青年和体育部提供的MUNI/A/1641/2024特定大学研究资助，以及MH CZ - DRO（FNBr, 65269705）项目的支持。

竞争利益声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢?tefan Zelenák提供用于分析的hPSC衍生心肌细胞。