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在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员利用光合细菌给受损心脏组织提供急需的氧气可能是治疗心脏病的一种可行的方法。他们的研究描述了将一种被称作细长聚球藻（Synechococcus elongatus）的蓝细菌注射到活的大鼠的缺血性心肌中，当进行光照射时，这些细菌产生氧气，改善器官功能。相关研究结果发表在2017年6月14日的Science Advances期刊上，论文标题为“An innovative biologic system for photon-powered myocardium in the ischemic heart”。
接受细长聚球藻注射的大鼠心肌，图片来自Science Advances, doi:10.1126/sciadv.1603078
美国麻省理工学院微生物学家、免疫学家Susan Erdman（未参与这项研究）说，“将一种细菌的固有性质用于解决一种非常严重的急需创新性疗法的医学问题是非常新颖的和聪明的。我认为它是令人吃惊的，而且我对此非常感兴趣。”
美国耶鲁大学医学院心脏外科教授Arnar Geirsson（未参与这项研究）说，“他们的概念是非常独特的。他们肯定跳出了固有的思维模式。”
光合生物捕捉来自太阳光的能量，利用它将二氧化碳和水转化为用于生长的碳水化合物。这一过程产生过剩的氧气，而且这些光合生物只是将产生的氧气释放到大气中，从而有利于人类等好氧性生物。
斯坦福大学心胸外科医生Joseph Woo并不把存在的这些基本事实当作理所当然，相反将它们视为解决问题的方法。他回忆道，“有一天我想到：心脏病的基本问题是什么？缺乏运送到心肌中的氧气。是什么每一分钟为我们制造氧气？植物。”
Woo继续说道，“心脏病专家总是思考如何将更多的血液运送到缺血性心肌中。”但是，他想到，如果氧气是一种至关重要的组分，“那么假使你能够获得植物或植物的光合作用机制，将它放置在心脏细胞附近将会怎么样？”
为了研究这种不同寻常的想法，Woo团队采取了一种同样不同寻常的方法。他说，“我们开始磨碎甘蓝菜和菠菜，分离出叶绿体，将它们与心脏细胞放置在一起。”但是这些实验的结果是令人失望的。他说，“我们发现叶绿体并不喜欢呆在植物细胞外，它们并不是非常稳定的。”
因此，Woo团队尝试着利用光合单细胞细菌细长聚球藻开展实验。Woo说，“我们在培养皿中将它们与心脏细胞放置在一起，我们发现它们能够在一起生活，而且当我们给它们照射光线时，它们能够产生氧气。”
Woo团队随后在活的大鼠中测试了这一想法。他们让这些大鼠遭受心脏病发作，随后给它们的心脏注射细长聚球藻，并且利用光线照射它们的心脏。相比于含有这种细菌但被放置在黑暗中的大鼠心脏，含有这种细菌的接受光线照射的大鼠心脏在仅照射10分钟后产生的氧气水平增加了大约25倍。在照射45分钟时，左心室内压和心输出量发生改善，这提示着它们的心肌收缩力增强了。
Woo团队证实这些细菌也长期改善大鼠的心脏功能。在大鼠遭受暂时性心肌缺血（60分钟）4周后，在此期间，这些大鼠接受或不接受细长聚球藻注射和光线照射，对它们的心脏功能的分析结果揭示出相比于对照大鼠，接受这种细菌治疗的大鼠具有显著改善的心肌收缩力。
Woo说，一旦接受注射，这些细菌在大约一天内可在大鼠心脏组织中检测到，但是在这段时间内，它们似乎并没有产生任何毒性作用或者显著的免疫反应。他说，“这就像身体忽视了它们一样。”不过，他补充道，这些细菌被“利用一种我们如今不能有效检测到的机制”清除掉。
Geirsson说，为了研究细菌清除和确定这种光合氧气疗法的安全性和潜在可行性，“开展更多的详细研究是必需的”，而且“将这样的一种疗法用于人体疾病治疗仍然为时过早”。不过。他补充道，“它可能用于治疗很多疾病和症状”，包括中风、外周组织缺血等。
Erdman说，观察这种技术的发展方向想必是“非常激动人心的”。她说，“关于科学的非常有趣的事情之一就是有时存在这些最为基本的概念，但是它们能够经巧妙地调整后产生全新的结果，这项研究刚好就是这样的一个例子。”
原始出处：Jeffrey E. Cohen, Andrew B. Goldstone, Michael J. Paulsen et al. An innovative biologic system for photon-powered myocardium in the ischemic heart. Science Advances, 14 Jun 2017, 3(6):e1603078, doi:10.1126/sciadv.1603078
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