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光遗传学新突破:控制人类心脏细胞
日期：2022-08-04 09:34
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摘要： *近，来自美国乔治华盛顿大学（GWU）的一组研究人员，开发了一种更快的方法，使用光遗传学来预测潜在新药是否将会引起心律失常。 光遗传学是一种使用光来控制细胞的技术，用于神经学已有十年的时间，目前*普遍的也是将这项技术应用于神经科学的研究，用光照来调整神经元上通道的开关、激活特定细胞群等等。例如，前不久，德国马克斯普朗克生物控制论研究所的科学家，与Ernst Strüngmann研究所和英国纽卡斯尔大学的研究人员一起，使用光遗传学方法，**从功能上证明了猴子视觉系统中一个迄今知之甚少的神经连...
*近，来自美国乔治华盛顿大学（GWU）的一组研究人员，开发了一种更快的方法，使用光遗传学来预测潜在新药是否将会引起心律失常。
光遗传学是一种使用光来控制细胞的技术，用于神经学已有十年的时间，目前*普遍的也是将这项技术应用于神经科学的研究，用光照来调整神经元上通道的开关、激活特定细胞群等等。例如，前不久，德国马克斯普朗克生物控制论研究所的科学家，与Ernst Strüngmann研究所和英国纽卡斯尔大学的研究人员一起，使用光遗传学方法，**从功能上证明了猴子视觉系统中一个迄今知之甚少的神经连接。在这个月，霍华德?休斯医学研究所的科学家们利用光遗传学技术，确定了大脑是如何控制运动的。
然而，也有科学家逐渐将这项技术扩展至其他领域，例如生物制药或是更直接的临床**。例如，今年3月份，美国塔夫斯大学的生物学家，利用一种蛙模型**证明，他们能够用光来控制细胞间的电子信号，从而防止肿瘤的形成和并使肿瘤正常化，这是**将光遗传学技术应用于控制肿瘤发生（光遗传学**用于控制肿瘤发生）。在去年1月份，来自欧洲上等研究中心的科学家们，**成功地通过光遗传学来控制精子的功能。他们将一种用于cAMP合成的光激活酶，插入缺乏内源酶的小鼠精子。这些小鼠的精子通常是非运动性的，因此小鼠是不育的。用蓝光刺激这些精子之后，它们能够产生cAMP，开始再次游动，甚至能够使卵细胞受精（**成功利用光遗传学**不育）。但是目前，这种技术在心脏研究中还相对较新。
在新开发的系统中，该研究小组用光来使心肌细胞跳动，并通过光学测量它们的反应。这可让他们自动化地操纵**检测的过程，从而提供了一种快速的新方法，来排除有着潜在危险的**。这种技术简化了一个主要的手动过程，研究人员开展这个过程以符合FDA的测试需求，并确保药品的安全性。该研究团队当前的系统可以在不到10分钟的时间内，测试30000 个光敏感细胞——比标准实践中的时间更短，后者可能需要数小时甚至数年的时间。
这项研究成果以“OptoDyCE as an Automated System for High-Throughput All-Optical Dynamic Cardiac Electrophysiology”为题，于周二发表在Nature子刊《Nature Communications》。
本文**作者、GWU生物医学工程教授Emilia Entcheva指出：“这种新方法有可能大大提高我们为重症患者获得安全的基本**的速度。重要的是，我们证明，可以将干细胞技术与我们的新方法相结合，使用病人自己的血液细胞，做到这一点。开发新**的*大挑战之一是，进行测试以确保我们处理一个问题的时候不会造成任何心脏毒性。这种技术可帮助我们确保这样做。”
为了让**得到FDA批准，它们必须经过审查，以确保它们不会威胁到心脏或身体的其他部分。在*早的测试阶段中，研究人员用**处理细胞，以查看它们的反应。传统上，*可靠的方法是通过直接探讨细胞，手动测量它们的反应。新的高通量技术可加速这种做法。然而，到目前为止还没有这样的高通量系统，被用于处理真实的心脏细胞。Entcheva博士的研究有助于让我们更为完整地了解“在**开发过程的早期，一种**如何可能会影响心脏”，从而可以节省大量的时间和资源，花在其他新的候选**上。
本文**作者、Entcheva的博士研究生Aleks Klimas指出：“光刺激和光学记录的好处在于，它提供了一种方法，动态地控制数以百万计的细胞，同时无需接触样本。这不仅可让我们更快地完成测试，而且还提供了一种更安全的方式测量你是否检测到了有害物质。”
除了应用于**开发领域之外，科学家们还可以使用该方法，来证实干细胞已经正确地成长为心脏细胞。这项新技术将帮助他们改善这些新制备的心脏细胞的质量，并加快它们在诊所的使用。
该技术也有可能被制药企业采用，来加快**研发的进程。完成她在乔治华盛顿大学的生物医学工程博士学位后，Klima女士希望将这个想法商业化，并发展企业让该设备走上市场。
