Science子刊：沒看錯！注射光合細菌有望治療心臟病
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在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學醫學院和賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的研究人員利用光合細菌給受損心臟組織提供急需的氧氣可能是治療心臟病的一種可行的方法。他們的研究描述了將一種被稱作細長聚球藻（Synechococcus elongatus）的藍細菌注射到活的大鼠的缺血性心肌中，當進行光照射時，這些細菌產生氧氣，改善器官功能。相關研究結果發表在2017年6月14日的Science Advances期刊上，論文標題為「An innovative biologic system for photon-powered myocardium in the ischemic heart」。
接受細長聚球藻注射的大鼠心肌，圖片來自Science Advances, doi:10.1126/sciadv.1603078
美國麻省理工學院微生物學家、免疫學家Susan Erdman（未參與這項研究）說，「將一種細菌的固有性質用於解決一種非常嚴重的急需創新性療法的醫學問題是非常新穎的和聰明的。我認為它是令人吃驚的，而且我對此非常感興趣。」
美國耶魯大學醫學院心臟外科教授Arnar Geirsson（未參與這項研究）說，「他們的概念是非常獨特的。他們肯定跳出了固有的思維模式。」
光合生物捕捉來自太陽光的能量，利用它將二氧化碳和水轉化為用於生長的碳水化合物。這一過程產生過剩的氧氣，而且這些光合生物只是將產生的氧氣釋放到大氣中，從而有利於人類等好氧性生物。
斯坦福大學心胸外科醫生Joseph Woo並不把存在的這些基本事實當作理所當然，相反將它們視為解決問題的方法。他回憶道，「有一天我想到：心臟病的基本問題是什麼？缺乏運送到心肌中的氧氣。是什麼每一分鐘為我們製造氧氣？植物。」
Woo繼續說道，「心臟病專家總是思考如何將更多的血液運送到缺血性心肌中。」但是，他想到，如果氧氣是一種至關重要的組分，「那麼假使你能夠獲得植物或植物的光合作用機制，將它放置在心臟細胞附近將會怎麼樣？」
為了研究這種不同尋常的想法，Woo團隊採取了一種同樣不同尋常的方法。他說，「我們開始磨碎甘藍菜和菠菜，分離出葉綠體，將它們與心臟細胞放置在一起。」但是這些實驗的結果是令人失望的。他說，「我們發現葉綠體並不喜歡呆在植物細胞外，它們並不是非常穩定的。」
因此，Woo團隊嘗試著利用光合單細胞細菌細長聚球藻開展實驗。Woo說，「我們在培養皿中將它們與心臟細胞放置在一起，我們發現它們能夠在一起生活，而且當我們給它們照射光線時，它們能夠產生氧氣。」
Woo團隊隨後在活的大鼠中測試了這一想法。他們讓這些大鼠遭受心臟病發作，隨後給它們的心臟注射細長聚球藻，並且利用光線照射它們的心臟。相比於含有這種細菌但被放置在黑暗中的大鼠心臟，含有這種細菌的接受光線照射的大鼠心臟在僅照射10分鐘後產生的氧氣水平增加了大約25倍。在照射45分鐘時，左心室內壓和心輸出量發生改善，這提示著它們的心肌收縮力增強了。
Woo團隊證實這些細菌也長期改善大鼠的心臟功能。在大鼠遭受暫時性心肌缺血（60分鐘）4周後，在此期間，這些大鼠接受或不接受細長聚球藻注射和光線照射，對它們的心臟功能的分析結果揭示出相比於對照大鼠，接受這種細菌治療的大鼠具有顯著改善的心肌收縮力。
Woo說，一旦接受注射，這些細菌在大約一天內可在大鼠心臟組織中檢測到，但是在這段時間內，它們似乎並沒有產生任何毒性作用或者顯著的免疫反應。他說，「這就像身體忽視了它們一樣。」不過，他補充道，這些細菌被「利用一種我們如今不能有效檢測到的機制」清除掉。
Geirsson說，為了研究細菌清除和確定這種光合氧氣療法的安全性和潛在可行性，「開展更多的詳細研究是必需的」，而且「將這樣的一種療法用於人體疾病治療仍然為時過早」。不過。他補充道，「它可能用於治療很多疾病和癥狀」，包括中風、外周組織缺血等。
Erdman說，觀察這種技術的發展方向想必是「非常激動人心的」。她說，「關於科學的非常有趣的事情之一就是有時存在這些最為基本的概念，但是它們能夠經巧妙地調整後產生全新的結果，這項研究剛好就是這樣的一個例子。」
原始出處：Jeffrey E. Cohen, Andrew B. Goldstone, Michael J. Paulsen et al. An innovative biologic system for photon-powered myocardium in the ischemic heart. Science Advances, 14 Jun 2017, 3(6):e1603078, doi:10.1126/sciadv.1603078
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