光刺激替代電刺激非侵入式心臟起搏器或?qū)柺?/h1>
2015-12-10 09:14:54
中國光學(xué) 2015年6期 關(guān)鍵詞：研究
光刺激替代電刺激非侵入式心臟起搏器或?qū)柺馈２挥弥踩肴魏窝b置，只需用激光照射就能控制心臟跳動的節(jié)奏。這不是什么魔法，美國科學(xué)家在果蠅身上讓它成為了現(xiàn)實。
所有的心臟起搏器都基于這樣一個事實，每一次心跳都是由經(jīng)過心肌細胞的電脈沖引起的，心臟的收縮讓血液在機體內(nèi)保持循環(huán)。植入式心臟起搏器用電極向心臟組織提供一個穩(wěn)定的脈沖，讓有問題的心臟保持規(guī)律的跳動。
在一項實驗中，科學(xué)家用藍色激光照射一只經(jīng)過麻醉的果蠅，能讓其心率與激光脈沖的節(jié)奏保持一致，以每秒10次的速率跳動。研究人員發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不但能放慢或加快果蠅的心率，還完全適用于包括幼蟲、蛹和成蟲在內(nèi)的果蠅生命周期中的所有形態(tài)。隨后進行的安全檢測則證實，該技術(shù)不會傷害果蠅，也不會對其心臟發(fā)育帶來任何可觀察到的不利影響。研究人員稱，這種以光為基礎(chǔ)的非侵入性技術(shù)，未來或能成就新一代心臟起搏器。相關(guān)論文發(fā)表在數(shù)字化開放獲取雜志《科學(xué)進展》上。
該項研究以黑腹果蠅為研究對象，因為在心臟早期發(fā)育階段，它們與脊椎動物存在很多相似之處。研究人員首先從藻類中提取出一種光敏蛋白基因，培育出含有這種蛋白的果蠅，而后通過激光從外部照射的方式，激活含有光敏蛋白的心臟細胞。這種光敏蛋白被命名為channelrhodopsin-2，一旦其接觸到藍色激光，就會引起心臟收縮。
負責(zé)此項研究的美國利哈伊大學(xué)生物工程學(xué)助理教授周超(音譯)指出，與傳統(tǒng)心臟起搏器相比，光刺激有著無法比擬的優(yōu)勢:這種非侵入式技術(shù)只會觸發(fā)目標細胞，而電動起搏器則須通過外科手術(shù)植入，電脈沖不僅會作用于心臟細胞，也會影響其他組織。
動起搏器則須通過外科手術(shù)植入，電脈沖不僅會作用于心臟細胞，也會影響其他組織。
研究人員稱，由于人類和果蠅有80%的同源基因，以果蠅為基礎(chǔ)的研究將對今后針對人類的研究帶來便利。未來借助這種技術(shù)或能開發(fā)出新一代以激光為基礎(chǔ)的心臟起搏器或其他肌肉刺激裝置。當(dāng)然在此之前，還有很長的一段路要走。
麻醉的果蠅一動不動的躺在顯微鏡載片上，科學(xué)家對著它的腹部發(fā)射了藍色激光。激光沒有傷害果蠅，激光脈沖以每秒10次的節(jié)奏發(fā)射，而果蠅的心臟也以每秒10次的速度精確同步。研究人員在《Science Advances》期刊上報告了他們發(fā)明的光學(xué)起搏器。
傳統(tǒng)的起搏器是基于心臟是一個發(fā)電器官這一事實，電脈動流過心肌細胞，觸發(fā)了心跳，心臟的收縮將血輸送到各處器官。植入式的電子起搏器使用電極向心臟組織穩(wěn)定傳輸電脈沖，幫助有問題的心臟維持固定的節(jié)奏。
光學(xué)起搏器利用的是光遺傳學(xué)(Optogenetics)技術(shù)，使用激光脈沖觸發(fā)心肌細胞收縮。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的是Lehigh大學(xué)的助理教授Chao Zhou。他表示將這項技術(shù)運用于人類還有很多挑戰(zhàn)需要解決。
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所有的心臟起搏器都基于這樣一個事實，每一次心跳都是由經(jīng)過心肌細胞的電脈沖引起的，心臟的收縮讓血液在機體內(nèi)保持循環(huán)。植入式心臟起搏器用電極向心臟組織提供一個穩(wěn)定的脈沖，讓有問題的心臟保持規(guī)律的跳動。
在一項實驗中，科學(xué)家用藍色激光照射一只經(jīng)過麻醉的果蠅，能讓其心率與激光脈沖的節(jié)奏保持一致，以每秒10次的速率跳動。研究人員發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)不但能放慢或加快果蠅的心率，還完全適用于包括幼蟲、蛹和成蟲在內(nèi)的果蠅生命周期中的所有形態(tài)。隨后進行的安全檢測則證實，該技術(shù)不會傷害果蠅，也不會對其心臟發(fā)育帶來任何可觀察到的不利影響。研究人員稱，這種以光為基礎(chǔ)的非侵入性技術(shù)，未來或能成就新一代心臟起搏器。相關(guān)論文發(fā)表在數(shù)字化開放獲取雜志《科學(xué)進展》上。
該項研究以黑腹果蠅為研究對象，因為在心臟早期發(fā)育階段，它們與脊椎動物存在很多相似之處。研究人員首先從藻類中提取出一種光敏蛋白基因，培育出含有這種蛋白的果蠅，而后通過激光從外部照射的方式，激活含有光敏蛋白的心臟細胞。這種光敏蛋白被命名為channelrhodopsin-2，一旦其接觸到藍色激光，就會引起心臟收縮。
負責(zé)此項研究的美國利哈伊大學(xué)生物工程學(xué)助理教授周超(音譯)指出，與傳統(tǒng)心臟起搏器相比，光刺激有著無法比擬的優(yōu)勢:這種非侵入式技術(shù)只會觸發(fā)目標細胞，而電動起搏器則須通過外科手術(shù)植入，電脈沖不僅會作用于心臟細胞，也會影響其他組織。
動起搏器則須通過外科手術(shù)植入，電脈沖不僅會作用于心臟細胞，也會影響其他組織。
研究人員稱，由于人類和果蠅有80%的同源基因，以果蠅為基礎(chǔ)的研究將對今后針對人類的研究帶來便利。未來借助這種技術(shù)或能開發(fā)出新一代以激光為基礎(chǔ)的心臟起搏器或其他肌肉刺激裝置。當(dāng)然在此之前，還有很長的一段路要走。
麻醉的果蠅一動不動的躺在顯微鏡載片上，科學(xué)家對著它的腹部發(fā)射了藍色激光。激光沒有傷害果蠅，激光脈沖以每秒10次的節(jié)奏發(fā)射，而果蠅的心臟也以每秒10次的速度精確同步。研究人員在《Science Advances》期刊上報告了他們發(fā)明的光學(xué)起搏器。
傳統(tǒng)的起搏器是基于心臟是一個發(fā)電器官這一事實，電脈動流過心肌細胞，觸發(fā)了心跳，心臟的收縮將血輸送到各處器官。植入式的電子起搏器使用電極向心臟組織穩(wěn)定傳輸電脈沖，幫助有問題的心臟維持固定的節(jié)奏。
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