納米線引領心臟癒合

2023-08-18
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心臟疾病的治療(圖片來源:Adobe Stock)

想像一下有些特殊的小球,形狀像心形的點點,它們是一種新型的「微型心臟」。這些小球是由我們的細胞——人類幹細胞,與一種特殊的矽納米線混合製造出來的。在實驗室的培養皿里,你可以看到它們像真的心臟一樣有規律地「跳動」,同時釋放出液體。這聽起來像是從科幻故事裡拿出來的情節,但其實,這是真實的研究成果!

當這些微型心臟被放入一隻心臟受傷的老鼠體內,有趣的事情發生了。它們不再是那個小球狀,而是擴散開來,緊密地與老鼠自己的心臟細胞連接。而且效果是驚人的——28天之內老鼠的心臟功能已經大大改善。

但這裡面的秘密是什麼呢?關鍵在於那些稱為「矽納米線」的特殊材料。它們不僅是生物相容的,還帶有電活性,這意味著它們可以傳導電流。當這些納米線被放入微型心臟中,它們就像指揮家一樣,確保微型心臟的「跳動」與老鼠的真實心臟同步。這使得微型心臟能夠更好地融入老鼠的體內,從而幫助其修復受損的心臟部分。但現在這項技術目前只在老鼠身上測試過。

從我們呱呱墜地的那一剎那起,直到生命的盡頭,心臟都一直在為我們默默工作,把富含氧的血液送到身體的每個角落。想像一下,一個人能活到百歲,他的心臟實際上已經為他服務了整整一個世紀,這比我們手裡的大部分工具和設備都要耐用得多。

但正因為心臟太過辛勤,它也變得特別脆弱,容易出現問題。當心臟遭受傷害,負責心臟收縮的細胞——心肌細胞,很難恢復。傷害後,疤痕會在這些心肌細胞周圍形成,限制了它們收縮泵血的能力。

為了治療這樣的傷害,科學家們嘗試用人類的幹細胞,來培養出新的心肌細胞,並將這些細胞注入到受傷的心臟中。但是這些新的細胞很難在受損的心臟惡劣的化學環境中存活。

到了2017年,研究者們提出了一個全新的概念:製造微型心臟,或者叫做心臟類器官,但需要解決的問題就是,讓這些微型心臟細和真正的心臟同步。

此時,一種名為矽納米線的材料出現了,它與我們以前使用的納米線材料不同,更適合與生物體相互作用,而且它還能在體內自然溶解。當科學家們在培養的心臟細胞中添加這種納米線時,他們發現了一個驚人的現象:這些微型心臟開始與真正的心臟同步工作!

為了進一步測試這一發現,科學家們首先將這些納米線注射到健康的大鼠體內,並發現這些大鼠在接下來的日子裡過得非常快樂,這證明了納米線的安全性。接著,他們用心臟細胞和納米線製作了一個小球,放在培養皿中培養。不到一個星期,這個小球就開始跳動起來。

最令人振奮的是,當這個小心臟被移植到大鼠體內時,它開始與大鼠的心臟同步工作,並與其建立起穩固的電連接。這為心臟疾病的治療開啟了一個嶄新的可能。

然後是最終的測試:修復心臟病發作後的問題。心臟病往往是血栓形成,堵塞了為心臟提供血液和氧氣的血管,心臟某部分的血液供應被切斷,那部分的心肌細胞開始缺氧和死亡。

那麼把血栓清除了血液就會恢復流動,但是如果大量的血液突然湧入之前被切斷供血的區域,就會導致再灌注損傷。因為這些血液不僅帶進來了氧氣,也可能帶入自由基和炎性因子。因此在這樣一個受損的環境中種植新的細胞,就像是在活火山上植樹。

為了測試其效果,研究團隊在老鼠心臟病發作四天後,向老鼠的心臟注入了機器人微型心臟和其他生物組織。令人驚喜的是,在短短一周內,這些移植物就與老鼠的心臟完美融合了。特別是那些含有納米線的組織,它們在受損區域,甚至是疤痕組織周圍,都展現出了強大的生存能力。

這些注入納米線的老鼠,不僅心臟功能有所恢復,還顯示出了更好的血壓控制。研究團隊表示,這是因為這種治療使血液流動得更加順暢,從而增強了治療效果。

更令人振奮的是,這種納米線似乎使微型心臟更容易被接受。四周後,那些常見於心力衰竭的疤痕組織在老鼠的心臟中顯著減少。同時納米線也能有效的調節老鼠的免疫反應,讓好的免疫細胞在受損區變得更為活躍,幫助心臟的修復。

雖然這些發現令人興奮,但要將它們應用於人類,還需跨越很多障礙。但這絕對是一個在修復受損器官領域的創新步伐。而且,這種納米技術在修復其他電活性組織,如肌肉或大腦,也有巨大的應用潛力。

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