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光遺傳學新突破:控制人類心臟細胞
日期：2026-04-15 15:03
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摘要：
*近，來自美國喬治華盛頓大學（GWU）的一組研究人員，開發(fā)了一種更快的方法，使用光遺傳學來預測潛在新藥是否將會引起心律失常。
光遺傳學是一種使用光來控制細胞的技術，用于神經學已有十年的時間，目前*普遍的也是將這項技術應用于神經科學的研究，用光照來調整神經元上通道的開關、激活特定細胞群等等。例如，前不久，德國馬克斯普朗克生物控制論研究所的科學家，與Ernst Strüngmann研究所和英國紐卡斯爾大學的研究人員一起，使用光遺傳學方法，**從功能上證明了猴子視覺系統(tǒng)中一個迄今知之甚少的神經連...
*近，來自美國喬治華盛頓大學（GWU）的一組研究人員，開發(fā)了一種更快的方法，使用光遺傳學來預測潛在新藥是否將會引起心律失常。
光遺傳學是一種使用光來控制細胞的技術，用于神經學已有十年的時間，目前*普遍的也是將這項技術應用于神經科學的研究，用光照來調整神經元上通道的開關、激活特定細胞群等等。例如，前不久，德國馬克斯普朗克生物控制論研究所的科學家，與Ernst Strüngmann研究所和英國紐卡斯爾大學的研究人員一起，使用光遺傳學方法，**從功能上證明了猴子視覺系統(tǒng)中一個迄今知之甚少的神經連接。在這個月，霍華德?休斯醫(yī)學研究所的科學家們利用光遺傳學技術，確定了大腦是如何控制運動的。
然而，也有科學家逐漸將這項技術擴展至其他領域，例如生物制藥或是更直接的臨床**。例如，今年3月份，美國塔夫斯大學的生物學家，利用一種蛙模型**證明，他們能夠用光來控制細胞間的電子信號，從而防止腫瘤的形成和并使腫瘤正常化，這是**將光遺傳學技術應用于控制腫瘤發(fā)生（光遺傳學**用于控制腫瘤發(fā)生）。在去年1月份，來自歐洲**研究中心的科學家們，**成功地通過光遺傳學來控制精子的功能。他們將一種用于cAMP合成的光激活酶，插入缺乏內源酶的小鼠精子。這些小鼠的精子通常是非運動性的，因此小鼠是不育的。用藍光刺激這些精子之后，它們能夠產生cAMP，開始再次游動，甚至能夠使卵細胞受精（**成功利用光遺傳學**不育）。但是目前，這種技術在心臟研究中還相對較新。
在新開發(fā)的系統(tǒng)中，該研究小組用光來使心肌細胞跳動，并通過光學測量它們的反應。這可讓他們自動化地操縱**檢測的過程，從而提供了一種快速的新方法，來排除有著潛在危險的**。這種技術簡化了一個主要的手動過程，研究人員開展這個過程以符合FDA的測試需求，并確保藥品的**性。該研究團隊當前的系統(tǒng)可以在不到10分鐘的時間內，測試30000 個光敏感細胞——比標準實踐中的時間更短，后者可能需要數小時甚至數年的時間。
這項研究成果以“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，可以將干細胞技術與我們的新方法相結合，使用病人自己的血液細胞，做到這一點。開發(fā)新**的*大挑戰(zhàn)之一是，進行測試以確保我們處理一個問題的時候不會造成任何心臟毒性。這種技術可幫助我們確保這樣做。”
為了讓**得到FDA批準，它們必須經過審查，以確保它們不會威脅到心臟或身體的其他部分。在*早的測試階段中，研究人員用**處理細胞，以查看它們的反應。傳統(tǒng)上，*可靠的方法是通過直接探討細胞，手動測量它們的反應。新的高通量技術可加速這種做法。然而，到目前為止還沒有這樣的高通量系統(tǒng)，被用于處理真實的心臟細胞。Entcheva博士的研究有助于讓我們更為完整地了解“在**開發(fā)過程的早期，一種**如何可能會影響心臟”，從而可以節(jié)省大量的時間和資源，花在其他新的候選**上。
本文**作者、Entcheva的博士研究生Aleks Klimas指出：“光刺激和光學記錄的好處在于，它提供了一種方法，動態(tài)地控制數以百萬計的細胞，同時無需接觸樣本。這不僅可讓我們更快地完成測試，而且還提供了一種更**的方式測量你是否檢測到了有害物質。”
除了應用于**開發(fā)領域之外，科學家們還可以使用該方法，來證實干細胞已經正確地成長為心臟細胞。這項新技術將幫助他們改善這些新制備的心臟細胞的質量，并加快它們在診所的使用。
該技術也有可能被制藥企業(yè)采用，來加快**研發(fā)的進程。完成她在喬治華盛頓大學的生物醫(yī)學工程博士學位后，Klima女士希望將這個想法商業(yè)化，并發(fā)展企業(yè)讓該設備走上市場。
