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行业新闻

如何用遥控灯控制实验室生长的心脏细胞

加利福尼亚大学圣地亚哥分校的研究人员创造了一种技术,可以加快并减缓人类心脏细胞的生长,光照这些细胞并通过改变强度就能控制它们。

心脏细胞正在石墨烯中生长,将光转化为电,这是一种更为现实的环境,即传统的塑料或玻璃实验室。研究人员认为,该方法可用于许多研究和临床应用,包括测试治疗药物,开发更精确,更少不良影响的特定用途药物,并创建更好的医疗设备,如光控起搏器。

“当我们第一次在实验室里开始工作的时候,突然间我们发现有20个人聚集在一起,喊出'不可能!'之类的东西,并指责我搞砸了他们。我们以前从未见过这样的事情,“UCSD的研究科学家,该研究的第一作者Alex Savchenko在新闻稿中说。

石墨烯是一种具有碳原子网格的半金属,它是构成所有生物体基础的相同元素。它有能力有效地将光转化为电能,而玻璃和塑料是绝缘体并且不导电。据研究人员介绍,大多数生物学研究依赖于单个细胞或细胞培养物在塑料或玻璃培养皿和培养皿中生长。研究人员注意到,细胞在石墨烯上生长时比在实验室中任何其他材料中生长得都更好,并且更像人体内的细胞。

“但在你的身体里,你看不到许多像塑料或玻璃那样起作用的材料,”Savchenko说。 “相反,我们是有导向性的。我们的心灵非常擅长导电。在大脑中,电导率使我能够同时进行思考和谈话。”

研究人员通过称为诱导多能干细胞(iPSC)的中间细胞类型从捐赠的皮肤细胞产生了心脏细胞。然后研究人员可以在石墨烯表面生长iPSC衍生的心脏细胞。

然而,Savchenko说,需要花费一些时间才能找出最佳的石墨烯基配方。他们必须找到最好的光源和将光传输到石墨烯池系统的方式。他们最终想通过改变光的强度来精确控制石墨烯产生的电量。

Savchenko说:“我们对灵活性的程度感到惊讶,石墨烯可以让你随意按字母排列细胞,” “你希望他们快两倍?没问题 - 你只是增加光照强度。快三倍?没问题 - 增加光或石墨烯密度即可。”

研究人员进一步测试了该方法,发现他们可以使用光和分散的石墨烯控制斑马鱼胚胎的心脏活动。他们也为此感到惊讶不已。

“通常情况下,如果你在生物学中引入一种新材料,预期情况下你会在这个过程中看到一定数量的细胞死亡,”Savchenko说。 “但在这个试验中我们没有看到任何死亡的细胞。这让我们有希望能够在日后测试各种医疗应用时避免有害问题。”

研究人员称,石墨烯/光照系统有可能被用于许多医疗应用。例如,研究人员可以通过在石墨烯中生长的心脏细胞上测试药物来进行药物筛选。研究人员通过在他们的心脏细胞中加入美西律(一种治疗不规则心跳的药物)来测试药物筛选。由于已知药物在心率增加时有效,因此研究人员以不同强度照射石墨烯上的心脏细胞,以观察美西律的效果。每次心脏细胞搏动更快时,美西律都会抑制它们。

Savchenko和他的研究人员目前正在将他们的研究重点放在心脏细胞和神经元上,但他们希望下一步能够开发该系统来测试杀死癌细胞并使健康细胞单独存活的药物。他们也希望使用石墨烯来寻找阿片类药物的替代品。 Savchenko也认为由光控制的石墨烯起搏器可能比目前的起搏器模型更安全有效。
 

该研究发表在“科学进展”杂志上,由国立卫生研究院,国家科学基金会和美国心脏协会资助。

来源:medicaldesignandoutsourcing