據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，最近，杜克大學(xué)工程師對正常情況下不活躍的細(xì)胞進(jìn)行了基因改造，引入了能形成離子通道的基因，讓它們能產(chǎn)生電流并導(dǎo)電。該結(jié)果對深入研究生物電行為、開發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)和心臟病新療法具有重要意義，還可用于設(shè)計新型傳感器來探測疾病和環(huán)境毒素等。實驗結(jié)果發(fā)表在《自然—通訊》雜志上。

 

細(xì)胞間通訊能力對心腦組織來說尤其重要，而通訊功能要有電脈沖通過才能實現(xiàn)。離子通道是帶電分子或離子進(jìn)出細(xì)胞的門戶，可將電流從一個細(xì)胞傳導(dǎo)到下一個細(xì)胞。根據(jù)理論預(yù)測，要讓哺乳動物心臟產(chǎn)生和傳導(dǎo)電脈沖，有3種通道至關(guān)重要：鉀離子通道、鈉離子通道和一個間隙連接通道，間隙連接通道是一種支持細(xì)胞間電通訊的高度特殊結(jié)構(gòu)。

 

研究人員引入了這3種特殊的離子通道，讓正常情況下沒有電活性的細(xì)胞產(chǎn)生了電活性。根據(jù)小鼠實驗，在這些轉(zhuǎn)基因細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞之間，具有修復(fù)較大間隙的能力。在實驗中，他們設(shè)計了一個“S”型的路徑，兩端是普通的小鼠心臟活細(xì)胞群，在兩群細(xì)胞之間要么充滿不活躍細(xì)胞，要么充滿轉(zhuǎn)基因細(xì)胞，再分別對一端的心臟細(xì)胞群施加一個電脈沖刺激，在填充不活躍細(xì)胞的路徑中，電脈沖傳過開端心臟細(xì)胞后立刻消失了；在充滿轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的路徑中，電脈沖很快再生而且傳過了3厘米長的“S”路徑，引發(fā)了另一端細(xì)胞群放電；用電脈沖刺激路徑中央的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞，電脈沖會向兩個方向傳播，激活兩端的心臟細(xì)胞。此外，研究人員還證明，通過轉(zhuǎn)基因改造能讓不活躍的人類腎臟細(xì)胞變得活躍。

 

“心臟病突發(fā)會造成心肌損傷形成斷路，不能跟周圍的健康心肌細(xì)胞保持同步。” 杜克大學(xué)普拉特工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程副教授內(nèi)納德·伯斯卡說，轉(zhuǎn)基因活性細(xì)胞在治療心臟病發(fā)作方面大有前景，還可用于開發(fā)治療活組織紊亂的新療法。

 

研究人員還指出，這種工程活性細(xì)胞在實驗室里很容易培養(yǎng)，它們在基因和功能上都是一致的，如果進(jìn)一步改造還能改變它們的電性能和結(jié)構(gòu)性質(zhì)，可以作為研究特殊離子通道的平臺，在組織水平上研究生物電行為，測試新藥和新療法的效果等。