關于單個細胞如何感知其組織環(huán)境的宏觀幾何形狀知之甚少。在這里，我們討論遠程電信號能否將組織幾何信息傳遞給單個細胞。首先，我們研究了一個工程化的電針細胞系。生長在不同形狀圖案島上的細胞在其他相同條件下表現(xiàn)出明顯不同的放電模式，包括規(guī)則脈沖、周期倍增交替和心律失常放電?；羝娼?赫胥黎數(shù)值模型定量再現(xiàn)了這些效應，并展示了宏觀幾何結構如何通過縫隙連接介導的電耦合影響單細胞電生理。在人類誘導多能干細胞(iPSC)衍生的心肌細胞中觀察到定性相似的幾何依賴動力學。當把體外心律失常的觀察轉化為體內(nèi)預測時，心臟的結果提醒我們要小心，因為體內(nèi)的組織結構有很大的不同。我們研究如何推斷具有不同幾何形狀和不同縫隙連接的組織之間的電生理測量。
多細胞生物中的細胞通過可擴散分子、接觸相互作用和機械信號感知其在組織中的位置(Warmflash等人，2014年)
)。間隙介導的電信號原則上也可以提供長期的位置線索(Sundelacruz等人，2009年)
)，但由于上述所有信號模式之間的相互作用，很難確定機制的細節(jié)。在這里，我們使用一個簡單的基因工程可興奮組織來詢問組織內(nèi)部細胞的電動力學如何受到遠端邊界的影響。
用膜片鉗電生理學方法詳細研究了各種分離細胞的電生理特性(Hille，2001)。
)。對于孤立的細胞或小簇，尖峰動態(tài)通常可以用簡單的自回歸模型來描述(Nolasco和Dahlen，1968)
Kaplan等人，1996年
，克雷和希爾，1999年
)。在擴張的組織中，細胞通過間隙連接通道與相鄰細胞電連接。然后人們可以問，這種耦合是單個細胞中的微小擾動，還是動力學的根本變化。在凝聚態(tài)物理中，固體粒子的性質與其組成原子的性質大不相同。同樣，大組織的突然電特性可能與單細胞顯著不同。事實上，最近的理論工作表明，電傳導可以改變可興奮組織中穩(wěn)定性和心律失常之間的轉變(Cherry和Fenton，2004)。
鮑姆和基納，定居，2002年
)。
人們對遠距離電耦合的興趣大多集中在心臟，在心臟，有規(guī)律和無規(guī)律的跳動之間的轉換可能是生死攸關的事情?？p隙連接的重排與心律失常的發(fā)生有關(瓊斯馬和懷爾德，2000)
)，結構缺陷也可能是心律失常的核心(Roes等，2009)
)。在這兩種情況下，由于機電反饋的同時發(fā)生，很難確定電耦合的因果效應(Bers，2002)
，Nitsan等人，2016年
以及單細胞性質的變化(Ng等人，2010年)。
，Amin等人，2010年
，休謨和上原，1985年
，Werley等人，2017b
)。此外，心臟模型的多樣性和模型參數(shù)的不確定性對與實驗的比較提出了挑戰(zhàn)(Clayton等人，2011年)。
鮑姆和基納，定居，2002年
)。只有少數(shù)實驗明確討論了細胞間耦合在心臟動力學中的作用(Bub等人，2002)
，Bub等人，2005年
，勒爾等人，1997年
)。
幾何形狀在心臟穩(wěn)定性中作用的不確定性具有重要的現(xiàn)實意義。廣泛宣稱，如果人類誘導多能干細胞(iPSC)衍生的心肌細胞(hiPSC-CMs)能夠顯示成熟的離子通道表達模式(Du等人，2015)
，Denning等人，2016年
，楊等，2014
，Protze等人，2017年
)，那么體外培養(yǎng)將成為研究心律失常的有用底物(Hoekstra等，2012)。
，Colatsky等人，2016年
Sharma等人，2013年
，Birket等人，2015年
)。美國美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)贊助了一項名為“綜合體外心律失常分析”(CiPA)的大規(guī)模研究，該研究使用hipscs-cms作為底物來評估候選療法的心律失常風險。然而，如果在培養(yǎng)細胞和完整ti之間發(fā)現(xiàn)由基本幾何形狀驅動的穩(wěn)定性差異，則需要重新考慮該方法。
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