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光遺傳學(xué)新突破:控制人類心臟細(xì)胞
日期：2026-04-15 15:03
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摘要：
*近，來(lái)自美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)（GWU）的一組研究人員，開發(fā)了一種更快的方法，使用光遺傳學(xué)來(lái)預(yù)測(cè)潛在新藥是否將會(huì)引起心律失常。
光遺傳學(xué)是一種使用光來(lái)控制細(xì)胞的技術(shù)，用于神經(jīng)學(xué)已有十年的時(shí)間，目前*普遍的也是將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)的研究，用光照來(lái)調(diào)整神經(jīng)元上通道的開關(guān)、激活特定細(xì)胞群等等。例如，前不久，德國(guó)馬克斯普朗克生物控制論研究所的科學(xué)家，與Ernst Strüngmann研究所和英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究人員一起，使用光遺傳學(xué)方法，**從功能上證明了猴子視覺系統(tǒng)中一個(gè)迄今知之甚少的神經(jīng)連...
*近，來(lái)自美國(guó)喬治華盛頓大學(xué)（GWU）的一組研究人員，開發(fā)了一種更快的方法，使用光遺傳學(xué)來(lái)預(yù)測(cè)潛在新藥是否將會(huì)引起心律失常。
光遺傳學(xué)是一種使用光來(lái)控制細(xì)胞的技術(shù)，用于神經(jīng)學(xué)已有十年的時(shí)間，目前*普遍的也是將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)的研究，用光照來(lái)調(diào)整神經(jīng)元上通道的開關(guān)、激活特定細(xì)胞群等等。例如，前不久，德國(guó)馬克斯普朗克生物控制論研究所的科學(xué)家，與Ernst Strüngmann研究所和英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的研究人員一起，使用光遺傳學(xué)方法，**從功能上證明了猴子視覺系統(tǒng)中一個(gè)迄今知之甚少的神經(jīng)連接。在這個(gè)月，霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們利用光遺傳學(xué)技術(shù)，確定了大腦是如何控制運(yùn)動(dòng)的。
然而，也有科學(xué)家逐漸將這項(xiàng)技術(shù)擴(kuò)展至其他領(lǐng)域，例如生物制藥或是更直接的臨床**。例如，今年3月份，美國(guó)塔夫斯大學(xué)的生物學(xué)家，利用一種蛙模型**證明，他們能夠用光來(lái)控制細(xì)胞間的電子信號(hào)，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正常化，這是**將光遺傳學(xué)技術(shù)應(yīng)用于控制腫瘤發(fā)生（光遺傳學(xué)**用于控制腫瘤發(fā)生）。在去年1月份，來(lái)自歐洲**研究中心的科學(xué)家們，**成功地通過(guò)光遺傳學(xué)來(lái)控制精子的功能。他們將一種用于cAMP合成的光激活酶，插入缺乏內(nèi)源酶的小鼠精子。這些小鼠的精子通常是非運(yùn)動(dòng)性的，因此小鼠是不育的。用藍(lán)光刺激這些精子之后，它們能夠產(chǎn)生cAMP，開始再次游動(dòng)，甚至能夠使卵細(xì)胞受精（**成功利用光遺傳學(xué)**不育）。但是目前，這種技術(shù)在心臟研究中還相對(duì)較新。
在新開發(fā)的系統(tǒng)中，該研究小組用光來(lái)使心肌細(xì)胞跳動(dòng)，并通過(guò)光學(xué)測(cè)量它們的反應(yīng)。這可讓他們自動(dòng)化地操縱**檢測(cè)的過(guò)程，從而提供了一種快速的新方法，來(lái)排除有著潛在危險(xiǎn)的**。這種技術(shù)簡(jiǎn)化了一個(gè)主要的手動(dòng)過(guò)程，研究人員開展這個(gè)過(guò)程以符合FDA的測(cè)試需求，并確保藥品的**性。該研究團(tuán)隊(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)可以在不到10分鐘的時(shí)間內(nèi)，測(cè)試30000 個(gè)光敏感細(xì)胞——比標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐中的時(shí)間更短，后者可能需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)年的時(shí)間。
這項(xiàng)研究成果以“OptoDyCE as an Automated System for High-Throughput All-Optical Dynamic Cardiac Electrophysiology”為題，于周二發(fā)表在Nature子刊《Nature Communications》。
本文**作者、GWU生物醫(yī)學(xué)工程教授Emilia Entcheva指出：“這種新方法有可能大大提高我們?yōu)橹匕Y患者獲得**的基本**的速度。重要的是，我們證明，可以將干細(xì)胞技術(shù)與我們的新方法相結(jié)合，使用病人自己的血液細(xì)胞，做到這一點(diǎn)。開發(fā)新**的*大挑戰(zhàn)之一是，進(jìn)行測(cè)試以確保我們處理一個(gè)問題的時(shí)候不會(huì)造成任何心臟毒性。這種技術(shù)可幫助我們確保這樣做。”
為了讓**得到FDA批準(zhǔn)，它們必須經(jīng)過(guò)審查，以確保它們不會(huì)威脅到心臟或身體的其他部分。在*早的測(cè)試階段中，研究人員用**處理細(xì)胞，以查看它們的反應(yīng)。傳統(tǒng)上，*可靠的方法是通過(guò)直接探討細(xì)胞，手動(dòng)測(cè)量它們的反應(yīng)。新的高通量技術(shù)可加速這種做法。然而，到目前為止還沒有這樣的高通量系統(tǒng)，被用于處理真實(shí)的心臟細(xì)胞。Entcheva博士的研究有助于讓我們更為完整地了解“在**開發(fā)過(guò)程的早期，一種**如何可能會(huì)影響心臟”，從而可以節(jié)省大量的時(shí)間和資源，花在其他新的候選**上。
本文**作者、Entcheva的博士研究生Aleks Klimas指出：“光刺激和光學(xué)記錄的好處在于，它提供了一種方法，動(dòng)態(tài)地控制數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的細(xì)胞，同時(shí)無(wú)需接觸樣本。這不僅可讓我們更快地完成測(cè)試，而且還提供了一種更**的方式測(cè)量你是否檢測(cè)到了有害物質(zhì)。”
除了應(yīng)用于**開發(fā)領(lǐng)域之外，科學(xué)家們還可以使用該方法，來(lái)證實(shí)干細(xì)胞已經(jīng)正確地成長(zhǎng)為心臟細(xì)胞。這項(xiàng)新技術(shù)將幫助他們改善這些新制備的心臟細(xì)胞的質(zhì)量，并加快它們?cè)谠\所的使用。
該技術(shù)也有可能被制藥企業(yè)采用，來(lái)加快**研發(fā)的進(jìn)程。完成她在喬治華盛頓大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程博士學(xué)位后，Klima女士希望將這個(gè)想法商業(yè)化，并發(fā)展企業(yè)讓該設(shè)備走上市場(chǎng)。
