作者:A. M. Rollins 来源:《自然—光子学》 发布时间:2010-9-7 18:08:50
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科学家实现激光束控制心脏跳动

 
左图为对照,中图显示0.8焦耳/平方厘米的激光未对心脏造成伤害,右图显示能量提高5倍时心脏受损。图片来源:M. W. Jenkins 等/Nature Photonics
 
美国科学家首次使用激光束控制了心脏的跳动。这一发现为人类探索心脏奥秘翻开了新的一页,也使光控心脏起搏器的问世成为可能。
 
普通的心脏起搏器是通过微弱的脉冲电流刺激心肌细胞,进而调整心跳的节律。早在1967年,电信号起搏器面市不久,科学家就发现光能够提高心脏的跳动频率,但由于条件所限,人们还不懂得如何控制它。
 
直到2008年,日本的一个研究团队才使用一种近红外激光束,成功地控制了一团离体心肌细胞的搏动。但到目前为止,还没有人能够控制整个心脏。
 
但有一个人还没死心。Michael Jenkins是美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的一名生物医学工程师,他阅读了1967年的发现之后,决计将这项实验继续下去。他和他的同事使用激光束照射一些鹌鹑的离体活胚胎,这些胚胎只有2~3天大,其心脏体积只有2立方毫米,比一团心肌细胞大不了多少,是非常合适的实验材料。
 
奇迹出现了。Jenkins发现,胚胎的心跳跟激光的脉冲频率同步了起来。研究者尝试调整脉冲频率,先从每秒2~3次开始,然后逐渐减慢,但结果依然如故,脉冲频率变化的幅度甚至可达50%。Jenkins的研究团队将这一结果发表在8月15日出版的《自然—光子学》杂志上。
 
随后,研究小组测试了不同能量的激光,来寻找最安全和最有效的那一束。结果表明,0.8焦耳/平方厘米的激光不会对心脏造成伤害;当能量提高到五倍时,受试的心肌细胞就被烤焦了。
 
Jenkins表示,虽然需要经过长期的观察实验,才能确定这些心肌细胞究竟是不是真的毫发无伤,但这次的结果毫无疑问是意义重大的。“我们想知道先天性心脏病是如何形成的,也想知道心脏搏动频率是怎样一步步发生变化的。”Jenkins说,“我们更想使用一种无创的手段来治疗心脏疾病。”
 
日本大阪大学的生物物理学家Nicholas Smith是使用激光控制心肌细胞的第一人,他表示Jenkins的研究是一项重大突破。“我非常高兴看到这一进展,这是世界上首次用激光调控了整颗心脏。如果这项研究能够深入下去,人们将会发现,激光能做的事情还有很多”。
 
但要深入挖掘下去,却不是那么简单的事情,有一些问题还等待科学家来解答。首当其冲的就是激光究竟是如何刺激心脏工作的,尽管许多科学家猜测是因为激光影响了细胞的温度,但这一机制还没有得到证实;第二,目前Jenkins还无法确定他的研究结果能不能应用于体积更大的成熟心脏。
 
Smith表示,如果上述问题能够得到解决,并且能确保心脏不会受到损伤的话,激光就很有可能应用于临床治疗,比如心脏手术或者起搏器的移植。(来源:科学时报 丁佳)
 
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