人多能干细胞具有无限增殖和自我更新的能力，在体外能被定向分化为心肌细胞。获得的大量健康心肌细胞可以被应用于药物筛选和细胞治疗等。但是长期以来，人多能干细胞的分化体系中存在动物源成分以及其他未知的物质，其中最具代表性的就是血清或血清白蛋白。这种培养条件主要存在着三个问题:首先，成分的不明确会导致批次性差异增大和实验的可重复性降低，这不利于细胞培养与分化的标准化;第二，动物源组分降低了培养细胞的生物安全性，它有可能被移植细胞吸收而进入人体，这增大了病原体传播或者其他不良反应发生的风险;第三，非必要成分的加入会增加细胞培养的成本，阻碍其规模化的生产。因此，优化人多能干细胞的分化培养基，去除血清白蛋白，使其成分明确而简单，获得生物安全性更高的人多能干细胞来源的心肌细胞，在药物心脏毒性检测和细胞移植等方面均具有广泛的应用前景。　　在本论文中，我们致力于研发一个无血清白蛋白、无动物源并且化学组分明确的分化培养基。我们从目前广泛用于心肌分化的商业化产品B27入手，经历了一系列的删减，最终排除了血清白蛋白等动物源成分以及与心肌分化无关的组分，额外加入四种可以在功能上弥补血清白蛋白缺失的抗氧化剂，最终成功的研发了S12培养基。经过长达10个月的心肌分化实验验证，在S12分化体系中不仅实现了高效稳定的人多能干细胞的心肌分化(73.4％)，而且可以维持这些心肌细胞长达100天的体外培养。　　基于E8培养系统，我们采用电转附加体质粒的方法成功建立了全程无动物源污染的人诱导多能干细胞系。在S12分化体系中，第5-8天激活视黄酸(Rethinolacid，RA)信号通路，可以得到高度均一化的心房肌样细胞(85.5％);在同时间段，加入RA通路抑制剂BMS493，得到了高度均一化的心室肌样细胞(86.7％)。两类细胞经纯化后，纯度可达95％以上。这些细胞不仅具有正常心房肌样或心室肌样细胞的形态特征、基因和蛋白表达水平以及电生理特性，同时具有更高的生物安全性。　　最后，我们检测了30天的心房肌样和心室肌样细胞，均表达与药物安全性直接相关的钠电流(INa)、钙电流(ICa)和E-4031敏感的钾电流(IKr)。而室性心率失常，通常是尖端扭转型室速(Torsade de Pointes，TdP)又是一种最常见的心脏毒性，因此我们选用人诱导多能干细胞来源的心室肌细胞作为模型来评价药物的心脏毒性。膜片钳检测结果表明心室肌细胞对E-4031、尼福地平(Nifedipine)和异丙肾上腺素(Isoproterenol)能够产生浓度依赖性的药物反应。实时细胞分析系统可以直观的反映出在不同的药物作用下，心室肌细胞呈现出不同的跳动频率和振幅。这些结果为心室肌细胞应用于药物心脏毒性检测提供了实验基础。　　综上所述，我们成功地建立了一个支持高效稳定心肌分化、无血清白蛋白及动物源组分并且化学成分明确的S12培养基，这为无血清白蛋白等新型培养基的研发提供了一个全新的思路。在S12分化体系中，通过调节RA信号通路获得了高度均一化的心房肌样和心室肌样细胞，这些生物安全性更高的心肌细胞为药物筛选还有未来细胞治疗带来了一个崭新的希望。