心肌组织工程的研究方法主要有两个：细胞心肌成形术和三维工程化心肌组织的移植。近十几年，这两方面的研究发展十分迅速。

20世纪50年代晚期，有学者将新鲜分离的鸡胚心肌细胞置于连续旋转的锥形瓶中培养，可以形成一个球形细胞团。结果显示，在这样的培养条件下，所得到的细胞团比一般二维培养的单层心肌细胞在功能上更接近于正常的心肌组织。20世纪80年代晚期，有学者为解决分化的骨骼肌细胞从培养皿表面分离（骨骼肌细胞与心肌细胞具有相似的收缩特性）的问题，将新鲜的液态Ⅰ型胶原覆盖于细胞上以施加一定的负荷，从而使骨骼肌细胞的分化状态得到改善。在用于体外靶标检测和评估的心肌模型研究中，出现了一种心肌组织工程方法，即将心肌细胞接种在胶原凝胶中，置于两条尼龙搭扣覆盖的玻璃柱之间，玻璃柱保持固定距离，置于一矩形孔穴中。这样，心肌细胞生成可自发收缩的方形双凹心肌组织块，两端附着于尼龙搭扣覆盖的玻璃柱上，如果将玻璃柱连接到机械传感器上，就可测量其收缩力。

同时，还存在两类不同的心肌组织工程方法。其中一个与材料学关系密切，可被视为经典的心肌组织工程方法。1999年，Carrier等利用聚乙醇酸作为支架，在生物反应器中进行体外培养。2000年，Leor等设计制造出藻酸盐支架，将胚胎大鼠心肌细胞接种于其中，然后将其移植到大鼠心脏上。此外，2002年构建出环状工程化心肌组织，这种环状组织可使拉伸刺激在组织内各部分的机械力分布比较均匀，因而比以前的方形设计能更好地促进组织形成。2004年，Radisic等采用多种方法，将悬浮于细胞外基质中的新生大鼠心肌细胞接种于预先制作好的胶原海绵支架中，在体外培养过程中，予以电刺激。经过上述处理得到的工程化心肌组织在组织形态、收缩能力及分子标记物的表达上均优于未经刺激所得到的样本。

心肌组织工程构建方法

种子细胞：理想的“种子”细胞应该具有以下特点。①易于获取、培养及扩增。②没有免疫原性。③可以在体内或体外分化为成熟的有功能的心肌细胞。④能促进新血管生成。

胎幼心肌细胞：胎幼心肌细胞研究最早最广泛，被认为是目前干细胞研究领域的一个重要方面。Soonpa等最早将胎幼心肌细胞移植到鼠的心肌。Scorsin等将胎幼心肌细胞注射到心肌梗死模型鼠的左心室心肌，研究表明有50%的鼠的梗死边缘区有被注射的心肌细胞。胎幼心肌细胞移植能改善左心室功能，提高射血分数和心输出量。但胎幼心肌细胞作为种子细胞受到至少两个方面的限制:一是胎幼心肌细胞的来源，包括由于胎幼心肌细胞来源带来的伦理和法律问题;二是作为一种异体细胞移植而带来的免疫排斥问题。

心脏自体细胞：心脏自体细胞移植有更大潜力达到移植心肌与自体心肌的同步收缩，在体外也有构建心肌组织的报道，Akhyari等结果表明在体外心肌细胞具有重建复杂三维心肌组织的能力，但通过这种方法所获得的心肌细胞肌丝排列紊乱，在体外无收缩能力。另外在实践中也很难获得用于培养的组织，难以获得充分的心肌细胞。

胚胎干细胞：胚胎干细胞的来源不受限制，具有无限扩张能力，而且已证实了具有心肌分化潜能，但它来源于异体，与受体具有免疫排斥性，而且具有致瘤性，另外人类胚胎干细胞的移植还涉及伦理方面的问题。     

骨髓间充质干细胞：骨髓间充质干细胞具有多向分化潜能，在一定的诱导条件下，能分化为成骨细胞、肌腱细胞、脂肪细胞、成纤维细胞、内皮细胞、神经细胞和心肌细胞。

大量研究表明人骨髓间充质干细胞在适宜条件下也可向心肌细胞分化，除此之外，它还能分化成血管内皮细胞、血管平滑肌细胞等，对心肌细胞起着重要的支持作用。Rangappa等应用人骨髓间充质干细胞和人心肌细胞在体外共培养，结果表明人骨髓间充质干细胞向心肌细胞分化，有收缩蛋白和心肌特异基因的表达。Xu等成功地进行了成人骨髓间充质干细胞的体外培养及向心肌细胞的诱导分化。苑媛等报道，血管紧张素Ⅱ在体外可能经细胞外信号调节激酶通路诱导人骨髓间充质干细胞向心肌样细胞分化。动物实验显示，对实验动物的心脏梗死区移植经5-氮杂胞苷诱导的骨髓间充质干细胞，1个月后，骨髓间充质干细胞能在心肌梗死后心力衰竭的心肌及疤痕中存活并向心肌细胞分化，且改善受体的心功能。

骨髓间充质干细胞具有以下特点：①来源于自体，无免疫源性。②取材损伤小，仅行骨髓穿刺就可获得。③来源充足，可反复取材。④扩张能力强。⑤培养要求低，容易推广普及。⑥植入体内后无致瘤性，更重要的是文献支持，诱导方案明确(5-氮杂胞甘是目前诱导骨髓间充质干细胞分化为心肌细胞的惟一有效的化学制剂)。此外，骨髓间充质干细胞还具有免疫调节能力，这种能力已在骨髓移植物抗宿主病中得以证实。因此，骨髓间充质干细胞是心肌组织工程中前景广阔的细胞来源。

支架材料：生物材料是细胞附着的基本框架和代谢场所，其形态和功能直接影响所构成的组织形态和功能。

目前用于心肌组织工程的生物材料很多，大体上分为两类：天然材料和合成材料。天然材料主要有胶原、珊瑚、氨基葡聚糖、硫酸软骨素、纤维蛋白凝胶等。在天然材料中，胶原被广泛用于各类组织工程中，胶原具有良好的生物相容性、可降解性和可塑性，能被细胞中的酶识别，并能为生长的组织提供一定的空间，能够刺激细胞合成新的胶原蛋白，所以被广泛用作组织工程化人体组织再造的支架材料。合成材料较多，例如透明质烷、聚亚安酯、聚羟乙酸、聚乳酸、聚羟基丁酸戊酯以及聚乳酸和聚羟乙酸的共聚物和藻酸盐等，而通过美国食品及药物管理局认证的只有聚羟乙酸、聚乳酸及其共聚物。目前国内外在组织工程研究领域也主要采用可降解的聚酯类聚合物作为再造各类人体组织的细胞支架材料。

体外构建方式：体外构建由种子细胞和支架材料所组成的复合体是心肌组织工程的核心。目前，心肌组织工程的体外构建主要包括以下几种方式：①直接在人工或天然材料上种植。②在可溶解的基质材料中培养。 ③叠加单层细胞，形成心肌样组织。

近几年，心肌组织工程的体外构建方式又得到了进一步的发展。Mironov等提出了“组织打印”的概念。他们设计了一种特殊装置，在计算机辅助控制下，能以种子细胞为“墨水”，从喷头“喷墨打印”在固化、层层叠加的温度反应性明胶的“打印纸”上，构建工程组织。有研究提出了“细胞定型”的概念。他们在支架基质上包覆小牛血清白蛋白形成非黏附表面，再用微打印技术将层黏连蛋白打印在非黏附表面形成5-50 μm的黏连巷道。细胞种植后，由于受生长空间的限制，细胞形态发生改变，形成了与巷道平行的杆形细胞，显示出了显著的类似闰盘的细胞连接。日本的研究人员还发明了一种不依靠支架材料提供支持的新方法：Shimizu等将乳鼠心肌细胞培养于薄层的温度敏感聚合物聚异丙基丙烯酰胺上。当温度降低时，聚合物发生的变化使细胞层与材料表面整层分离，研究人员叠加了4层心肌细胞并将再造心肌片层移植到裸鼠背部皮下，结果显示这些心肌片层可以存活并且可以生长很长一段时间。