基于群体计算模拟揭示干细胞注射后局灶性心律失常的机制

心肌梗死（MI）后干细胞治疗虽能改善心功能，但易引发局灶性室速（VT），机制不明。本研究通过非人灵长类心室组织学图像构建三种计算模型，探讨人多能干细胞源性心肌细胞（hPSC-CMs）移植物的致心律失常特性，发现移植物互补性（而非协同性）是VT高发主因，并揭示宿主隔离区域和高迂曲度移植物更易诱发心律失常，为优化注射方案提供理论依据。

　　

心肌梗死（MI）是全球范围内导致心力衰竭的主要原因之一。当心肌因缺血坏死形成瘢痕后，心脏的收缩功能和电传导能力会严重受损。尽管干细胞疗法为心肌再生带来了希望，但临床前研究显示，人多能干细胞源性心肌细胞（hPSC-CMs）移植后常伴随快速局灶性室性心动过速（VT），这种心律失常的变异性及其机制至今未明。

为破解这一难题，来自国外研究团队利用计算生物学手段，基于非人灵长类MI后心室的组织学图像，构建了三种高保真计算模型。研究聚焦于hPSC-CMs移植物与宿主心肌的电耦合特性，首次系统分析了单个移植物及其组合对VT的贡献，并揭示了关键的空间几何特征对心律失常的调控作用。这项突破性成果发表于《Journal of Molecular and Cellular Cardiology》，为干细胞治疗的安全性优化提供了全新视角。

研究采用三大关键技术：1）基于群体模型的随机耦合配置方法，模拟生理性电耦合变异；2）整合ten Tusscher人心室离子模型和基因修饰的hPSC-CMs电生理模型；3）三维组织学重建技术精确量化移植物迂曲度、面积等空间参数。

研究结果
GHE propensity of individual grafts
在25个独立移植物中，11个至少诱发一次移植物-宿主兴奋（GHE）。几何特征分析显示，大面积、高迂曲度移植物在宿主隔离区域（存活心肌与移植物交错区域）更易引发GHE，且不同移植物致心律失常性存在显著异质性。

Discussion
研究发现VT高发主要源于移植物互补性（complementarity）——即多个独立致心律失常移植物的叠加效应，而非主动电生理协同（cooperativity）。空间特征分析表明，宿主隔离程度与移植物面积、迂曲度的组合是预测GHE的关键指标。

这项研究首次通过计算模拟阐明：1）hPSC-CMs移植物的空间分布模式决定VT风险；2）优化注射策略应避免在高宿主隔离区域植入大面积、高迂曲度移植物。该成果不仅解释了临床前研究的VT变异性，更为设计低心律失常风险的干细胞治疗方案提供了量化标准，标志着心脏再生治疗向精准化迈出关键一步。