如果您感到害怕或者突然看到久违的爱人，您的心可能会“漏跳一拍”，但在现实生活中，心律不齐可能很危险。如果心脏无法将足够的血液泵送到全身，可能导致器官衰竭或中风。而且，某些处方药如果未经妥善审查，可能会扰乱您心脏的自然节律。
为了确保新药不会产生这些致命的副作用，科学家们构建了一个人类心脏的3D模型。该模型由2200万个“细胞”组成，可以模拟从分子层面到器官层面的心脏活动——例如，从细胞膜上的离子通道到泵送血液的肌肉收缩。该系统可以帮助科学家预测新药是否会导致心律不齐。目前，这类测试是通过动物实验进行的，但动物实验并不总是能反映药物在人体内的作用，以及临床试验，而临床试验可能会使参与者面临风险。模型的创建者认为，这项技术有一天能使药物测试更便宜、更快、更有效。
但是，在信任心脏模拟技术来测试新药之前，科学家们必须确保它对旧药也有效。在Science Advances上发表的一篇论文中，东京大学的研究人员成功模拟了12种药物对数字心跳的影响。
首先，研究人员测试了每种药物如何改变培养皿中仓鼠细胞中六种不同离子通道的活性。这些离子通道有助于控制引起心脏跳动——或不跳动——的电荷。研究人员将离子通道数据输入模型，并观察药物在不同剂量下对其模拟心跳的影响。
模拟结果与目前已知的每种药物的作用基本吻合。对于已知会引起心律不齐的八种药物，模型也出现了异常心跳。而对于四种不会引起不齐的药物，模拟的心脏则正常跳动。
“这项工作的真正新颖之处在于，它在机制上将药物在分子尺度上的作用与整个心脏尺度上危险的电信号传导变化联系起来，”牛津大学计算生物学家Gary Mirams表示，他未参与此项研究。
使用一台升级的计算机，研究人员模拟每次心跳需要三个小时。由于耗时很长，在大多数情况下，他们每次测试只能模拟五个心跳。
还有其他局限性。该论文指出，该模拟仍需要组织成分，因为它无法重现对尚未在活细胞中评估过的离子通道的影响。取而代之的是，模型将组织数据整合起来，以了解它如何融入影响您心跳的大局。此外，Mirams指出，心脏的形状因人而异，心脏不同区域的细胞可能具有不同的电特性。纳入更多此类细节可以随着时间的推移提高模型的准确性。
毫无疑问，这项模拟技术在研究其他类型的心脏问题方面也将大有裨益。“尽管本文未展示，但我们的模型可以重现心脏活动的每一个方面，”该研究的首席作者Jun-ichi Okada说。“我们还可以评估泵血功能、新陈代谢和冠状动脉血流。”
要了解更多关于该模型如何工作以及它可以用于什么，请观看下面的视频。
