近日開展的一項(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，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)伍在論文中這樣寫道，“但這是一種侵入式治療方法，而且無法針對(duì)心臟組織進(jìn)行治療。”
在實(shí)驗(yàn)開始前，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、蛹到成蟲，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，近期在斑馬魚和老鼠身上進(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)也可以通過轉(zhuǎn)化、運(yùn)用到人類身上。
這種技術(shù)“可以幫助我們研究人類心律失常背后的機(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。
研究過程
研究人員先是培育了一群經(jīng)過基因改造的果蠅。它們的心臟細(xì)胞中包含一種從藻類中提取的光敏蛋白。
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，研究人員使用一種專為此次實(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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