心脏毒性是药物研发和临床使用过程中最大的障碍之一。现有用于药物筛选的细胞模型无法进行组织功能评价,动物模型存在巨大的种间差异,市场上急需准确、高效的人源功能性药物筛选模型。为了实现这一目标,我们首先在体外使用小分子定向诱导人多能干细胞分化得到了高纯度心肌细胞;使用由人多能干细胞来源的心肌细胞、纤维蛋白、基质胶和培养基组成的水凝胶体系,在定制的聚二甲基硅氧烷模具中构建了一种人源工程心肌组织模型。这种模型可以直接检测并定量分析心肌组织收缩功能,包括收缩力大小、收缩力最大上升速率、心肌组织负荷能力等。利用人源工程心肌组织模型,我们可以检测药物的心脏毒性,并针对产生心脏毒性的药物开发心脏保护剂。新型冠状病毒引起的新型冠状病毒肺炎大流行在全球范围进行了广泛且持续的传播。在新型冠状病毒肺炎的治疗过程中心脏相关并发症频发,这提示我们需要明确治疗药物潜在的心脏毒性,并针对有心脏毒性的治疗药物开发心脏保护剂。我们使用人多能干细胞来源心肌细胞模型检测并发现四种新冠治疗药物阿匹莫德、瑞德西韦、利托那韦和洛匹那韦会增加心肌细胞的凋亡比例。然后我们在人源工程心肌组织模型中验证了这四种药物会增加心肌细胞的凋亡比例并降低心肌组织的收缩功能。针对瑞德西韦药物产生的心脏毒性,我们通过细胞模型发现头孢噻呋、虾青素、喹硫平三种心脏保护剂可以降低瑞德西韦造成的细胞凋亡。然后我们在人源工程心肌组织模型中对效果最好的心脏保护剂虾青素进行药效评价,结果显示虾青素可以降低瑞德西韦造成的细胞凋亡并缓解心肌组织收缩功能损伤。