Dr Joseph Woo uwielbia fotosyntezę. I nie bez powodu: rośliny mogą nie być tak urocze jak pandy, ale dzięki chemicznej alchemii wszyscy na Ziemi żyjemy i oddychamy. Od mikroskopijnego fitoplanktonu po wysokie sekwoje, superbohaterowie utrzymują nas przy życiu, przyjmując dwutlenek węgla i światło słoneczne, a następnie cudownie wytwarzając tlen i cukier.
powiązana zawartość
- Irlandzki kardiolog, którego wynalazek uratował LBJ
Ale jest jeszcze jeden powód, dla którego dr Woo uwielbia fotosyntezę. Kiedy masz atak serca, twoje serce potrzebuje natychmiast dwóch rzeczy do naprawy uszkodzonej tkanki: tlenu i cukru. Teraz dr Woo, profesor i chirurg serca na Uniwersytecie Stanforda, myśli, że znalazł sposób, aby użyć niektórych z naszych najmniejszych przyjaciół z fotosyntezy, aby pomóc naszym sercom się wyleczyć.
W badaniu opublikowanym w tym tygodniu w Science Advances dr Woo i jego zespół pokazują, jak skutecznie zastąpili krew mikroskopijnymi cyjanobakteriami, organizmami roślinnymi, które również wykorzystują fotosyntezę. Współpracując z procesem w celu leczenia uszkodzonej tkanki serca, zespół był w stanie chronić szczury przed śmiertelną niewydolnością serca. Wydaje się, że naprawienie chorego serca może być tak proste, jak rzucenie światła na sytuację.
Ataki serca każdego roku atakują 735 000 Amerykanów, a choroby serca są zabójcą numer jeden na świecie. Atak serca ma miejsce, gdy coś blokuje przepływ krwi do serca, odcinając tlen przed dotarciem do tego kluczowego mięśnia. Dla kardiologów wyzwaniem dla zapobiegania późniejszej niewydolności serca jest szybkie dostarczanie uszkodzonym tkankom serca tlenu i składników odżywczych. Ale „jeśli spojrzysz na naturę, fotosynteza odpowiada na to pytanie”, mówi dr Jeffrey Cohen, doktorant w Stanford Medicine i główny autor badania.
Jak mówi dr Cohen, jeśli uszkodzone serce byłoby fotosyntetyczne, nie musiałby polegać na krwi w celu uzupełnienia tlenu i cukru do swoich tkanek. Wystarczyło słońce. „Pozwoliłbyś, aby światło stało się twoim źródłem paliwa zamiast krwi” - mówi dr Cohen. Niestety, serce nie jest rośliną. Dlatego badacze próbowali następnej najlepszej rzeczy: wstrzyknięcie jej bakteriom roślinnym.
Dr Woo i jego zespół zaczęli od wypróbowania kilku znanych, rzeczywistych roślin: „Zmieliliśmy jarmuż i szpinak” - mówi. Próbowali oddzielić chloroplasty, organelle fotosyntetyczne w każdej komórce roślinnej, ale odkryli, że po wyizolowaniu szybko stały się nieaktywne. Zamiast tego naukowcy potrzebowali niezależnych maszyn fotosyntetycznych, które mogłyby funkcjonować jako miniaturowe szklarnie dla serca.
Wprowadź sinice. Te małe organizmy utrzymują się z przyjmowania dwutlenku węgla i wody oraz wypluwania tlenu. W oceanie znajdują się u podstawy łańcucha pokarmowego, dzięki czemu tlen i cukier są szybko wykorzystywane przez inne głodne organizmy. „Służą one jako koło ratunkowe dla wszystkiego innego” - mówi Adam Martiny, profesor ekologii i biologii ewolucyjnej na University of California w Irvine, który bada typowy rodzaj sinic zwany Synechococcus.
Z pomocą mikrobiologów ze Stanford, dr Woo i jego zespół wyhodowali szczep Synechococcus w swoim laboratorium i wstrzyknęli uszkodzoną tkankę serca żywego szczura. Potem zapalili światła. Po 20 minutach zauważyli zwiększony metabolizm w uszkodzonych obszarach. Ogólna wydajność serca poprawiła się po około 45 minutach. Dowody sugerują, że tlen i cukier Synechococcus powstały w wyniku fotosyntezy poprawia naprawę tkanek.
Po wstrzyknięciu żywych bakterii do narządu ciała możesz spodziewać się infekcji. Co ciekawe, naukowcy nie znaleźli żadnej odpowiedzi immunologicznej po tygodniu monitorowania. „Błędy już nie istnieją, znika”, mówi dr Woo. „A może to najlepszy rodzaj bakterii” - przyjazny pomocnik, który krąży wokół, aby kontrolować obrażenia, a następnie znika bez śladu.
Dr Morteza Naghavi, prezes zarządu Towarzystwa Zapobiegania Atakowi Serca i Walki z nim w Houston w Teksasie, który nie był zaangażowany w badanie, uważa, że jednym z potencjalnych problemów związanych z wykonaniem tej procedury jest terminowość i złożoność leczenia. Leczenie zawałów serca to wyścig z czasem, a zanim pacjenci zostaną przeniesieni do specjalnego ośrodka wyposażonego do wstrzykiwania cyjanobakterii do serca, może być już za późno. „Wymaga ogromnych nakładów inwestycyjnych i technologii”, mówi dr Naghavi.
Jednak fakt, że naukowcy nadal widzieli zdrowsze serca u szczurów, które przeszły leczenie po miesiącu, może być obiecującym rezultatem. „Jeśli wszystko pójdzie tak, jak tego chcą naukowcy, byłaby to ogromna terapia dla osób, które miały [zawał serca]” - mówi dr Naghavi. „To szalony pomysł” - ale może po prostu działać.
Dr Woo i jego zespół uważają, że Synechococcus równoważy równanie chemiczne połączone z zawałem serca. Używanie światła jako paliwa do pożywienia może być nowatorską koncepcją dla ludzkiego serca, ale jest to stary kapelusz dla sinic w ich naturalnych siedliskach.
Podczas gdy Martiny, mikrobiolog środowiskowy w Irvine, był pod wrażeniem pomysłowości kardiologów , pomysł, jak ważne są dla życia sinice, nie jest nowy. Mikrobiologowie zajmujący się środowiskiem badają sinice takie jak Synechococcus właśnie dlatego, że tak głęboko wpływają na środowisko globalne. „W tym przypadku jest to bardzo dosłowne” - mówi o badaniu - „ale jest też dość dosłowne w oceanie, biorąc pod uwagę, że połowa tlenu, którym oddychamy, pochodzi z fitoplanktonu”.
„To fascynujące, że mogli wykorzystać tak mały organizm do oczyszczania odpadów w systemie”, dodaje, odnosząc się do tego, w jaki sposób sinice w badaniu absorbowały nagromadzony dwutlenek węgla i wykorzystywały go do fotosyntezy, tak jak w naturze. „Dostarczają tam tlen, tak jak robią to w oceanie, abyśmy mogli żyć”.
Ostatnie badania są jedynie dowodem koncepcji, ale naukowcy są teraz na drodze do wypróbowania techniki u ludzi. Następnie wypróbują go na większych modelach zwierzęcych, które są bliżej ludzi, i pracują nad sposobami dostarczenia i rzucenia światła na sinice bez operacji na otwartym sercu. Zastanawiają się nawet nad genetyczną edycją Synechococcus, aby stworzenia stworzyły więcej cukru.
Dla wielu kardiologów źródłem problemu nie jest zarządzanie atakami serca po ich wystąpieniu, ale przede wszystkim zapobieganie im. „Leczenie pacjentów po zawale serca, takie jak próba założenia zamka na stodołę po skradzieniu koni”, mówi dr Naghavi, wskazując, że większość zabiegów opóźnia tylko niewydolność serca. Ale biorąc pod uwagę, że tak wielu Amerykanów cierpi na ataki serca - i prawdopodobnie nadal będzie to robić - opracowanie innowacyjnych metod leczenia, aby pomóc im odzyskać zdrowie, jest nadal warte wysiłku, mówi dr Cohen.
Mówi, że nawet coś tak mało prawdopodobnego, jak próba zastąpienia krwi cyjanobakteriami, może pomóc uratować życie. Wyzwanie, jak to ujął, „nie jest czymś, co lekceważę”.
