使用QPatch II记录hIPSC诱导的心肌细胞

原代心肌细胞一般难以获取和维持培养，因此在心脏疾病研究中，多采用分化的干细胞。传统上，这类研究使用胚胎干细胞（ESC）；然而，由于伦理问题以及对晚发疾病模型的不适应性，这种方法在许多国家面临挑战。

2007年，诱导多能干细胞（hiPSC）技术的开发为研究提供了新工具。hiPSC衍生的心肌细胞（hiPSC-CMs）被视为药物筛选和疾病建模的潜在模型系统。然而，自动膜片钳（APC）技术应用于hiPSC-CMs的实验面临一些挑战，包括：

• 细胞质量（批次间差异、分化效率）

• 细胞收集（单细胞悬液的纯度和质量）

• 心肌细胞成熟度

（起搏电流If的存在以及超极化电流IK1密度较低）

上述因素导致hiPSC-CMs的APC实验成功率低且重复性差。然而，随着细胞生物学家改进hiPSC-CMs的质量和成熟度，以及电生理学家提升细胞悬液的纯度，这些参数正在改善。本研究展示了在生理溶液中运行hiPSC-CMs实验的可能性，根据不同的实验类型，成功率最高可达 50%。

测定样本选择

通过Sophion内部方法制备细胞悬液，并按照以下质量标准计算实验成功率：

膜电阻（Rmem）>200MΩ

细胞电容（Cslow）>4pF

结果表明，48个实验点中通过上述标准的成功率最高可达50%。通过质量筛选的hiPSC-CMs中，约90%显示钠电流（|INav|>200pA）。细胞大小分布呈现异质性（Cslow值范围为5pF至50pF），在生理溶液中封接较好（平均Rmem=1.5GΩ±0.3GΩ）。

hERG电流测量

通过将外源钾浓度从5mM增加至75mM诱发hERG尾电流（IhERG, tail<-100pA），随后加入0.5µM E4031进行阻断。在约30%的成功实验中，60%记录到hERG尾电流。

动作电位测量

通过注入1nA电流诱发动作电位，并筛选参数如下：

峰值电位（Vp）>0mV

静息膜电位（RMP）<-40mV

在最高30%的实验成功率中，50%的细胞满足过滤标准。动作电位的主要参数（阈值电位、峰值电位等）在细胞间具有相对较高的重现性，动作电位持续时间（APD90）在添加尼非地平后平均缩短50%。

QPatch II在生理溶液中能够对hiPSC-CMs进行表征测量，针对电压门控离子通道的测量成功率可高达50%，具体取决于离子通道目标。这些测量结果显示心肌细胞离子通道的表达具有异质性，从而降低了诱发动作电位测量的成功率（最高为20%）。随着以下两个关键方面的进一步改进，预计实验成功率将有所提升：

1. hiPSC-CMs的质量和成熟度。提升细胞的分化效率和功能成熟度，以减少细胞间的差异性。

2. 细胞悬液制备的优化。改善细胞收集和纯化方法，提高悬液的单细胞质量和纯度。

自动膜片钳技术可作为一种表征工具，能有效地帮助hiPSC-CMs的持续开发，同时应用于心脏药物筛选和疾病建模研究中。