ヒト心臓の「生物学的ペースメーカー」を培養 (Researchers Grow Human “Biological Pacemaker” of the Heart in Lab)

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2026-05-18 中国科学院(CAS)

中国科学院分子細胞科学卓越創新センターと復旦大学、同済大学の研究チームは、ヒト多能性幹細胞から心臓の洞房結節を模倣した「生体ペースメーカー」オルガノイドの作製に成功した。洞房結節は心拍リズムを生み出す重要組織だが、人体内では極めて小さく研究が困難だった。研究では、幹細胞を誘導して3次元構造を形成し、自律的に拍動するペースメーカー細胞群を再現した。作製されたオルガノイドは、ヒト胎児期の洞房結節に類似した遺伝子発現を示し、心拍調節薬にも反応した。また、心房様オルガノイドと接続すると電気信号が伝播し、実際の心臓伝導系を模倣した。さらに、徐脈関連変異を導入すると拍動低下が再現され、カリウムチャネル阻害薬で部分的改善も確認された。加えて、副交感神経様ニューロンを含む神経オルガノイドを結合し、神経による心拍制御や成熟機構も再現した。本成果は、不整脈研究、創薬、再生医療向け生体ペースメーカー開発に向けた重要基盤となる。

<関連情報>

ヒトPSC由来洞房結節-心臓神経叢集合体は、ペースメーカーシステムの神経支配に関連した成熟をモデル化する Human PSC-derived sinoatrial node-cardiac plexus assembloids model innervation-associated maturation of pacemaker systems

Tongdong Zhang ∙ Lei Fan ∙ Feibai Yao ∙ … ∙ Meirong Du ∙ Zhe Luo ∙ An Zeng
Cell Stem Cell  Published:May 15, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.stem.2026.04.018

Graphical abstract

ヒト心臓の「生物学的ペースメーカー」を培養 (Researchers Grow Human “Biological Pacemaker” of the Heart in Lab)

Highlights

  • Human SAN-plexus assembloids model neuro-pacemaker organization and atrial coupling
  • Assembloids enable functional interrogation of neural modulation and SAN phenotypes
  • Integration with human SAN spatial data reveals neuron-pacemaker interactions
  • CGPO-derived PSAP-GPR37 signaling promotes human SAN-like pacemaker maturation

Summary

Heart rhythm and contraction are initiated by electrical impulses generated by the sinoatrial node (SAN) and modulated by intrinsic cardiac neural inputs. Despite its physiological importance, human in vitro systems that recapitulate neural-SAN interactions are lacking. Here, we develop SAN-plexus assembloids by integrating human pluripotent stem cell-derived SAN organoids (SANOs) with cardiac ganglionated plexus organoids (CGPOs), together with atrial-like cardiac organoids, to model pacemaker-to-atrial conduction in a tri-assembloid system. This platform exhibits molecular, structural, and electrophysiological features of human pacemaker activity and enables functional interrogation of neural control over SAN automaticity, including disease-associated conduction dysfunction. By integrating spatial transcriptomics of human SAN tissue with assembloid-based functional analyses, we identify a neuron-to-pacemaker signaling program in which CGPO-derived prosaposin engages the SAN-enriched receptor GPR37 to promote pacemaker maturation. Together, this work establishes SAN-plexus assembloids as a human platform for studying intrinsic neuro-cardiac interactions in pacemaker development and disease

細胞遺伝子工学
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