《Science》刊載斯坦福大學(xué)腦洞大開(kāi)的研究，藻類(lèi)為心臟病治療提供全新思路。
作為威脅人類(lèi)生命健康的第一大殺手，心臟病在很大程度上就是因?yàn)?strong>血管堵塞導(dǎo)致的供氧不足而造成的，現(xiàn)在全球每年約有600萬(wàn)人因心臟病突發(fā)死亡。但目前，除了服用藥物溶解血栓，或者植入血管支架外，并無(wú)其他有效治愈方法。
既然心臟病突發(fā)導(dǎo)致死亡的根本原因就是心肌缺氧。那么，有沒(méi)有其他方式能主動(dòng)為心臟細(xì)胞提供氧氣？這很容易讓人聯(lián)想到光合作用，而且，也確實(shí)有人想這一想法付諸實(shí)踐了。
印象中，談到光合作用，人們往往會(huì)將其視為是植物的“專(zhuān)利”，但實(shí)際上，在藻類(lèi)之中也存在著相當(dāng)一部分擁有此項(xiàng)技能的個(gè)體，它們會(huì)像植物一樣“吃掉”光線(xiàn)，并將其轉(zhuǎn)換為氧氣。
在最近的《Science》雜志刊發(fā)的一篇文章中，就提到了來(lái)自斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，如何利用這種藻類(lèi)來(lái)拯救因缺氧而心臟病發(fā)作的小鼠。
事實(shí)上，目前治療心臟類(lèi)疾病唯一的方法就是重建流向心臟的血液通道。美國(guó)心臟協(xié)會(huì)（American Heart Association）主席 Steve Houser 表示，目前最有效的方法是通過(guò)服用藥物來(lái)溶解血栓，或者通過(guò)在動(dòng)脈中植入支架，而植入支架往往要通過(guò)開(kāi)胸手術(shù)。
然而，現(xiàn)有的心臟病治療方法明顯太過(guò)單一，研究人員們希望找到一種全新的方式，來(lái)在心臟病發(fā)作是及時(shí)為心臟提供氧氣。一開(kāi)始，他們考慮過(guò)使用植物細(xì)胞的光合作用來(lái)產(chǎn)生氧氣。論文聯(lián)合作者、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院心臟外科主任Jeseph Woo表示：“我們?cè)噲D在甘藍(lán)和菠菜中提取葉綠體，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)，一但葉綠體脫離了植物細(xì)胞就無(wú)法正常工作了。”
所以，接下來(lái)，Joseph和他的團(tuán)隊(duì)決定轉(zhuǎn)而使用與葉綠體比較類(lèi)似的細(xì)菌——聚球藻（Synechococcus elongatus），它的光合作用是與植物的光合作用屬于同一個(gè)原理，都是以光為主要能量來(lái)源，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。
研究團(tuán)隊(duì)首先將藻類(lèi)與小鼠心臟細(xì)胞放在培養(yǎng)皿中，結(jié)果藻類(lèi)不僅可以存活，而且在進(jìn)行光照時(shí)，它們還能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)換為氧氣和葡萄糖。
隨后，研究人員開(kāi)始在活體動(dòng)物身上進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)：他們?yōu)樾∈筮M(jìn)行了開(kāi)胸手術(shù)，人為阻斷心臟血液供給來(lái)模擬心臟病發(fā)時(shí)的狀況。此時(shí)，再將藻類(lèi)注入小鼠心臟并進(jìn)行光照，效果是顯著的，藻類(lèi)產(chǎn)生的氧氣馬上被缺氧的心肌細(xì)胞吸收。
只過(guò)了僅僅?10 分鐘，在光照環(huán)境中的心臟部分的氧氣就增加了?25 倍，而與之對(duì)應(yīng)的仍處于黑暗環(huán)境中的心臟部分的氧氣只增加了?3 倍。
45 分鐘左右，拿只接受光照但沒(méi)注入藻類(lèi)與只注入藻類(lèi)但沒(méi)接受光照的心臟進(jìn)行相比，同時(shí)接受藻類(lèi)和光照的小鼠心臟的供血量分別增加了60%和30%。
在手術(shù)之后的四周，實(shí)驗(yàn)小鼠甚至連患心臟病的風(fēng)險(xiǎn)都降低了。“這種差異并不需要仔細(xì)觀測(cè)，而完全是巨大的改變！”Woo說(shuō)。不過(guò)，雖然動(dòng)物的免疫系統(tǒng)并不對(duì)藻類(lèi)有排異反應(yīng)，但由于藻類(lèi)本身的壽命較短，所以它們最后會(huì)小鼠的心臟中死去。
但不論如何，實(shí)驗(yàn)獲得了初步的成功。麻省理工學(xué)院的微生物學(xué)家及免疫學(xué)家Susan Erdman?說(shuō)，“這是將微生物應(yīng)用于重大疾病解決的典型案例，可以稱(chēng)得上是突破性的創(chuàng)舉！”?
耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的心臟手術(shù)專(zhuān)家Arnar Geirsson并沒(méi)有參加這項(xiàng)工作，但他仍然對(duì)這項(xiàng)進(jìn)展表示肯定：“斯坦福團(tuán)隊(duì)的概念非常獨(dú)特，絕對(duì)屬于跳出思考框架而得出的結(jié)果。”
當(dāng)然，小鼠畢竟不是人類(lèi)，在這項(xiàng)技術(shù)真正用于人體之前還有很長(zhǎng)的路要走。“除了要考慮藻類(lèi)可能造成的健康風(fēng)險(xiǎn)之外，最重要的一點(diǎn)是這類(lèi)手術(shù)需要進(jìn)行開(kāi)胸——絕大多數(shù)醫(yī)生都極力避免的危險(xiǎn)操作，”Houser說(shuō)。但這種方法為治療心臟病提供了一個(gè)全新的思路。
?隨著技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家們可以通過(guò)注射的方式來(lái)注入藻類(lèi)。通過(guò)將準(zhǔn)備好的藻類(lèi)與靶向心臟細(xì)胞的抗體相結(jié)合，然后一同注入靜脈之中，避免了直接注入心臟中的高風(fēng)險(xiǎn)性。
與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還在探索光照的替代解決方案，通過(guò)使用可以穿透皮膚與骨骼的光來(lái)滿(mǎn)足藻類(lèi)所需要的光，而這也是目前來(lái)看最現(xiàn)實(shí)的方法，否則，就必須要退回到開(kāi)胸手術(shù)的原始路徑上來(lái)。
至于對(duì)未來(lái)應(yīng)用的展望，不可否認(rèn)的是，如果真的可以進(jìn)入到臨床階段，那么人類(lèi)在攻克心臟病頑疾的道路上可以說(shuō)是又邁進(jìn)了一步，至少也可以做到延長(zhǎng)心臟病人的壽命。
更為直接的是，在新鮮器官的儲(chǔ)存方面，這種藻類(lèi)也可以派上用場(chǎng)，我們可以想象將會(huì)有眾多的器官需求者會(huì)因此受益?！?strong>不過(guò)，談這些還都為時(shí)尚早，就像所有的基礎(chǔ)科學(xué)研究一樣，不進(jìn)行到最后一步，一切還很難下定結(jié)論，”Houser說(shuō)。
接下來(lái)，Woo和他的團(tuán)隊(duì)將會(huì)進(jìn)一步對(duì)藻類(lèi)進(jìn)行遺傳基因修改，使其更加有效地產(chǎn)生氧氣。同時(shí)，他們還會(huì)在類(lèi)似于羊和豬這類(lèi)大型的動(dòng)物身上開(kāi)展類(lèi)似實(shí)驗(yàn)。但不管結(jié)果如何，這種創(chuàng)造性地使用自然藻類(lèi)的方法還是還外界帶來(lái)了一陣驚喜，或許也將啟發(fā)科學(xué)工作者思考出更多具有突破性的科研方法。
參考資料：
http://www.sciencemag.org/news/2017/06/light-activated-bacteria-protect-rats-heart-attacks
https://www.theverge.com/2017/6/14/15800096/heart-attack-photosynthesis-bacteria-rats
http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/49662/title/Bright-Lights-and-Bacteria-Treat-Rats–Heart-Attacks/
