此前，在体外培养心脏类器官的过程中，研究人员发现，心肌细胞往往以团块形式存在，而不会形成体内常见的组织结构，因此无法很好地构建体外模型进行心脏疾病的研究。直到 3D 类器官技术出现后，人们才成功在体外构建出心脏类器官。所谓 3D 类器官技术，就好比用砖和钢筋水泥盖房子，先用组织工程技术建造一个支架，然后让心肌细胞来填充，形成所谓的心脏类器官模型。2020 年 9 月 18 日，来自东京医科牙科大学的研究人员，利用 3D 类器官技术，使用小鼠胚胎干细胞构建出了首个类似于正在发育的心脏三维功能性类器官，该类器官与发育中的心脏非常相似。构建成功的心脏类器官包括完整的四个腔室以及传导系统的细胞。同时，这种心脏类器官具有接近体内对应物的功能特性。
全球首个人体心脏类器官模型虽然，以组织工程技术为基础的 3D 类器官技术可以帮助人类建立心脏类器官模型，但是由于类器官模型在搭建过程中不是细胞自发组织形成的，这种类器官在器官发育和药物筛选方面，用处十分有限。正如 Mendjan 教授所说，“组织工程学对于生物研究的贡献自然是非常突出的。但是在自然过程中，器官的生成并不是人为控制的，而是细胞自发组织形成的。在这一过程中，各个细胞之间会彼此相互作用，随着器官结构的出现而生长移动并改变形状。换句话说，细胞自组织形成器官，就好比大自然让雪花晶体的自动形成，鸟儿自动成群结队的一起迁徙，很难通过人为工程设计来实现。”为了在体外模拟正常的心脏发育过程，Mendjan 教授和他的团队通过特定的顺序激活目前已知的参与胚胎心脏发育的 6 个信号通路来诱使人类多能干细胞自我增殖分化。在实验过程中 Mendjan 教授发现，随着细胞分化的特定模式被激活，这些细胞会形成单独的细胞层，类似于人类的心脏壁结构。
（来源：The Mendjan Lab） 经过一周的发展后，这些细胞会自发组织形成一个 3D 结构的类器官，该类器官具有一个封闭的空腔，类似人类心脏自发生长的轨迹。同时，研究人员发现，这个自发形成的空腔结构可以自主地有节奏地收缩和舒张，从而挤压腔内的液体。
