近日開(kāi)展的一項(xiàng)突破性實(shí)驗(yàn)中，研究人員成功利用激光，控制了一只蒼蠅的心跳。
研究人員表示，該技術(shù)能夠調(diào)節(jié)果蠅的心律失常癥狀，使心跳穩(wěn)定下來(lái)，日后或許能起到代替心臟起搏器的作用。與心臟起搏器發(fā)出的電子脈沖不同，這種技術(shù)利用的是激光，是一種非侵襲性的治療方法。
該研究團(tuán)隊(duì)使用的研究對(duì)象是黑腹果蠅(Drosophila melanogaster fruit flies)，這種果蠅的心臟發(fā)育早期與脊椎動(dòng)物有很多相似之處。
“電刺激是目前對(duì)于心臟起搏最常用的方法，”這支由阿尼什 艾利克斯(Aneesh Alex)帶領(lǐng)的隊(duì)伍在論文中這樣寫(xiě)道，“但這是一種侵入式治療方法，而且無(wú)法針對(duì)心臟組織進(jìn)行治療。”
在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，研究人員對(duì)黑腹果蠅的基因進(jìn)行了修改，使心臟細(xì)胞擁有一種存在于眼部的光敏蛋白(channelrhodopsin-2)。當(dāng)含有該光敏蛋白的果蠅心臟被藍(lán)色的激光脈沖擊中時(shí)，每次脈沖都會(huì)引發(fā)一次心臟收縮。
研究人員使用一種專(zhuān)為此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)成像技術(shù)，拍攝并監(jiān)視了黑腹果蠅心臟對(duì)激光脈沖做出的反應(yīng)。
利用該技術(shù)，阿尼什 艾利克斯和同事們可以自由地控制果蠅的心跳，使其增速或減速。從幼蟲(chóng)、蛹到成蟲(chóng)，這一技術(shù)對(duì)處于各生命階段的果蠅都適用。
研究人員還進(jìn)行了一系列安全性測(cè)試，確定該技術(shù)不會(huì)對(duì)果蠅的心臟發(fā)育造成任何長(zhǎng)期的、顯著的副作用。
雖然激光常用于控制神經(jīng)功能，在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，但使用激光調(diào)節(jié)心律的病例還相對(duì)有限(不過(guò)，近期在斑馬魚(yú)和老鼠身上進(jìn)行的研究顯示，激光可以對(duì)心律進(jìn)行調(diào)節(jié))。
該研究團(tuán)隊(duì)表示，由于近百分之七十五的人類(lèi)致病基因都可以在果蠅身上找到同源基因，在果蠅身上成功施行的技術(shù)也可以通過(guò)轉(zhuǎn)化、運(yùn)用到人類(lèi)身上。
這種技術(shù)“可以幫助我們研究人類(lèi)心律失常背后的機(jī)制，還可以為新一代光驅(qū)心臟起搏器和肌肉驅(qū)動(dòng)器的誕生打下基礎(chǔ)”，研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)道。
這種技術(shù)“可以幫助我們研究人類(lèi)心律失常背后的機(jī)制，還可以為新一代光驅(qū)心臟起搏器和肌肉驅(qū)動(dòng)器的誕生打下基礎(chǔ)”，研究團(tuán)隊(duì)總結(jié)道。
研究過(guò)程
研究人員先是培育了一群經(jīng)過(guò)基因改造的果蠅。它們的心臟細(xì)胞中包含一種從藻類(lèi)中提取的光敏蛋白。
然后他們用激光照射果蠅的心臟，使其穿透果蠅的外骨骼，以激活這些含有光敏蛋白的細(xì)胞。
接下來(lái)，研究人員使用一種專(zhuān)為此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)成像技術(shù)，拍攝并監(jiān)視了黑腹果蠅心臟對(duì)激光脈沖做出的反應(yīng)。
什么是心臟起搏器
目前最常見(jiàn)的心臟起搏器起源于上世紀(jì)50年代，運(yùn)用的原理是，心臟是一個(gè)可以放電的器官。
每次自然心跳都由一次電子脈沖引起。電子脈沖會(huì)穿過(guò)心臟細(xì)胞，使它們收縮，從而將血液輸送到全身。
植入體內(nèi)的電子心臟起搏器通過(guò)電極向心臟組織發(fā)送一系列規(guī)律的電子脈沖，從而使心律維持在一個(gè)穩(wěn)定的水平。
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