在此圖中,左側的光度電極通過一個光纖末梢將藍色光輸送到心臟。在右側,心臟細胞(大的紅色橢圓狀)包含了一個植入光敏視蛋白(藍色橢圓狀)可與緊挨著的心臟自身蛋白(黃色橢圓狀)協同工作。這一團隊合作使細胞能將光轉換成電觸動從而觸發健康的心跳。
電流是醫療工具庫里的鈍器。無論是在心臟內植入一個心臟起搏器或將除顫器放在胸腔上-叫”清空“-用電流來啟動心臟就像被克萊茲代爾馬(注:一種重型挽馬)踢了一腳。我們采用電擊治療是因為它有效,但我們無法阻止電流撕裂周圍的肌肉和骨骼。科學家們將之稱為整體電響應,這一響應對人體有諸多影響,包括殺死細胞,干擾心臟的正常跳動。而這正是約翰.霍普金斯大學研究小組嘗試找出更輕緩的治療方法的原因。
就字面上的意思,通過被稱作光遺傳學的新興領域,研究人員計劃采用一個奇特的藍色光來誘導心臟脫離驚恐狀態。
“將光照射在一個心臟病發作的人身上就可以使他恢復正常,這不是件很奇妙的事情嗎?”約翰.霍普金斯大學生物醫學工程的Murray B.Sachs教授Natalia Trayanova若有所思地說。"我們目前離這一目標尚遠,僅僅是有推動這項研究的想法。“
這一想法聽起來有點匪夷所思-不像是現代醫學而是像電影”黑衣人“里邊的情節-但光遺傳學研究在神經科學方面已取得重大的進展。現在Trayanova和她的研究小組的目標是將這一研究拓展到心臟病學領域。
以下就是它的運作方式。科學家們從將稱為視蛋白的光感蛋白植入單個細胞開始。當視蛋白暴露在適當強度的藍色光下,視蛋白的響應是打開心臟正常電脈沖的閘道從而啟動心臟跳動節奏。
除顫器的工作方式是相同的,只是它充電的方式過于激烈,而不是優雅地打開閘門。
采用光遺傳學的治療方法將使醫務人員可以針對只需低能量顫動的特定區域進行治療,而不是對整個身體都進行電擊。
Trayanova和她的同事們目前正在一組極其復雜的心臟計算機模型上進行視蛋白的測試以確定用于活體研究上最具成效的途徑。這一模型不僅讓研究人員看到視蛋白在單個細胞乃至整個心臟產生的作用,還讓研究人員看到在未來視蛋白可以讓醫生針對個體患者制定光遺傳學治療方案。
由于正常的人類心臟細胞不具有視蛋白,因此光遺傳學治療不可能適用于所有心臟病發作的病人-而且我們至少還需要十年的時間來實現將光遺傳學治療變成一種治療手段。但對于那些心臟病患病風險增大或有心臟病史的人來說,這一技術可能可以挽救他們的生命并且提高生存質量。Trayanova告訴筆者說:“這一治療將完全沒有痛楚。”
盡管仍有大量的工作要做,但有一件事是肯定的:隨著心臟病光遺傳學治療方法越來越接近現實,人們將看到關于光刀的大量頭條報道。