目前,心血管疾病仍然是威胁人类健康的头号杀手。心血管疾病的传统药物开发和研究主要依赖于动物模型,但由于种间差异,动物模型并不能很好地模拟人体心脏的真实环境,因此,即便这些药物顺利地通过了动物实验,也有较大可能在临床上表现出很强的毒副作用,最终不得不被撤回。因此,针对心血管疾病的药物开发仍然面临着巨大的挑战。近年来,科研人员们致力于利用人源细胞构建体外心脏模型的研究。体外心脏模型可以更真实地模拟人体心脏的生理和功能环境,有效提高临床前药物评估的安全性和可靠性。本论文主要研究了人源心肌细胞的来源,并利用人头发丝作为支架材料构建体外心肌组织,研究了体外心肌组织的收缩性能。由于成人心肌细胞是终末分化细胞,缺乏增殖和再生的能力,因此,体外人源心肌细胞的获取主要依赖于干细胞分化。人多能干细胞,包括人胚胎干细胞和人诱导多能干细胞,具有很强的增殖能力以及在特定条件下向不同细胞系分化的潜能。本文主要通过小分子诱导法和商用试剂盒法两种方法来诱导人诱导多能干细胞向心肌细胞方向分化。小分子诱导法首先通过糖原合成激酶3抑制剂CHIR99021分子来激活Wnt信号通路,然后再利用IWR-1分子来抑制Wnt信号通路,从而诱导人诱导多能干细胞分化为心肌细胞。而商用试剂盒法则是通过在不同的培养时间点添加不同的试剂,来获得心肌细胞。通过比较两种方法我们可以发现,小分子诱导法成本较低,可以获得单层收缩的心肌细胞,而商用试剂盒法虽然成本较高,但其心肌分化效率也更高。两种分化方法在我们后续的体外心肌组织构建和研究实验中均有涉及。在确定心肌细胞的来源以后,我们采用了人头发丝作为支架材料来构建体外心肌组织。首先,我们构建了以短直头发丝作为悬挂模板的体外心肌组织（心肌条）并对其进行了长期培养。结果表明,头发丝作为悬挂模板有助于悬挂心肌条的形成,心肌条可以很好地在头发丝之间收缩,并且该支架可以支持心肌条的长期培养（最长培养时间达118天）。随后,我们又将人头发丝制备成弹簧结构,并将头发丝弹簧与短直头发丝一起组合作为支架,来构建心肌组织,并研究了头发丝弹簧与短直头发丝的不同组合方式对心肌组织的收缩性能的影响。结果表明,头发丝弹簧的引入可以使得体外工程化心肌组织的收缩更具有立体感,并且明显提升工程化心肌组织的收缩性能。最后,为了更定量地了解体外心肌组织的收缩力,我们制备了一系列不同直径和不同长度的头发丝弹簧,并测量了弹簧的弹性系数,我们发现头发丝弹簧的弹性系数可以低至0.019 N/m,与原子力显微镜用于测量细胞的探针的弹性系数相当,足以测量心肌组织的收缩力。于是,我们用头发丝弹簧和两根短直头发丝组建了一个测量心肌组织收缩力的装置。该装置可以在体外心肌组织的培养过程中,实时地通过视频观察,测算出心肌组织的收缩力。