纳米线引领心脏愈合

2023-08-18
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心脏疾病的治疗(图片来源:Adobe Stock)

想像一下有些特殊的小球,形状像心形的点点,它们是一种新型的“微型心脏”。这些小球是由我们的细胞——人类干细胞,与一种特殊的矽纳米线混合制造出来的。在实验室的培养皿里,你可以看到它们像真的心脏一样有规律地“跳动”,同时释放出液体。这听起来像是从科幻故事里拿出来的情节,但其实,这是真实的研究成果!

当这些微型心脏被放入一只心脏受伤的老鼠体内,有趣的事情发生了。它们不再是那个小球状,而是扩散开来,紧密地与老鼠自己的心脏细胞连接。而且效果是惊人的——28天之内老鼠的心脏功能已经大大改善。

但这里面的秘密是什么呢?关键在于那些称为“矽纳米线”的特殊材料。它们不仅是生物相容的,还带有电活性,这意味著它们可以传导电流。当这些纳米线被放入微型心脏中,它们就像指挥家一样,确保微型心脏的“跳动”与老鼠的真实心脏同步。这使得微型心脏能够更好地融入老鼠的体内,从而帮助其修复受损的心脏部分。但现在这项技术目前只在老鼠身上测试过。

从我们呱呱坠地的那一刹那起,直到生命的尽头,心脏都一直在为我们默默工作,把富含氧的血液送到身体的每个角落。想像一下,一个人能活到百岁,他的心脏实际上已经为他服务了整整一个世纪,这比我们手里的大部分工具和设备都要耐用得多。

但正因为心脏太过辛勤,它也变得特别脆弱,容易出现问题。当心脏遭受伤害,负责心脏收缩的细胞——心肌细胞,很难恢复。伤害后,疤痕会在这些心肌细胞周围形成,限制了它们收缩泵血的能力。

为了治疗这样的伤害,科学家们尝试用人类的干细胞,来培养出新的心肌细胞,并将这些细胞注入到受伤的心脏中。但是这些新的细胞很难在受损的心脏恶劣的化学环境中存活。

到了2017年,研究者们提出了一个全新的概念:制造微型心脏,或者叫做心脏类器官,但需要解决的问题就是,让这些微型心脏细和真正的心脏同步。

此时,一种名为矽纳米线的材料出现了,它与我们以前使用的纳米线材料不同,更适合与生物体相互作用,而且它还能在体内自然溶解。当科学家们在培养的心脏细胞中添加这种纳米线时,他们发现了一个惊人的现象:这些微型心脏开始与真正的心脏同步工作!

为了进一步测试这一发现,科学家们首先将这些纳米线注射到健康的大鼠体内,并发现这些大鼠在接下来的日子里过得非常快乐,这证明了纳米线的安全性。接著,他们用心脏细胞和纳米线制作了一个小球,放在培养皿中培养。不到一个星期,这个小球就开始跳动起来。

最令人振奋的是,当这个小心脏被移植到大鼠体内时,它开始与大鼠的心脏同步工作,并与其建立起稳固的电连接。这为心脏疾病的治疗开启了一个崭新的可能。

然后是最终的测试:修复心脏病发作后的问题。心脏病往往是血栓形成,堵塞了为心脏提供血液和氧气的血管,心脏某部分的血液供应被切断,那部分的心肌细胞开始缺氧和死亡。

那么把血栓清除了血液就会恢复流动,但是如果大量的血液突然涌入之前被切断供血的区域,就会导致再灌注损伤。因为这些血液不仅带进来了氧气,也可能带入自由基和炎性因子。因此在这样一个受损的环境中种植新的细胞,就像是在活火山上植树。

为了测试其效果,研究团队在老鼠心脏病发作四天后,向老鼠的心脏注入了机器人微型心脏和其他生物组织。令人惊喜的是,在短短一周内,这些移植物就与老鼠的心脏完美融合了。特别是那些含有纳米线的组织,它们在受损区域,甚至是疤痕组织周围,都展现出了强大的生存能力。

这些注入纳米线的老鼠,不仅心脏功能有所恢复,还显示出了更好的血压控制。研究团队表示,这是因为这种治疗使血液流动得更加顺畅,从而增强了治疗效果。

更令人振奋的是,这种纳米线似乎使微型心脏更容易被接受。四周后,那些常见于心力衰竭的疤痕组织在老鼠的心脏中显著减少。同时纳米线也能有效的调节老鼠的免疫反应,让好的免疫细胞在受损区变得更为活跃,帮助心脏的修复。

虽然这些发现令人兴奋,但要将它们应用于人类,还需跨越很多障碍。但这绝对是一个在修复受损器官领域的创新步伐。而且,这种纳米技术在修复其他电活性组织,如肌肉或大脑,也有巨大的应用潜力。

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