Dr. Joseph Woo elsker fotosyntesen. Og med god grunn: Planter er kanskje ikke så søte som pandaer, men det er takket være deres kjemiske alkymi at vi alle her på jorden lever og puster. Fra mikroskopisk planteplankton til ruvende redwoods holder disse superheltene oss i live ved å ta inn karbondioksid og sollys, og deretter produsere mirakuløst oksygen og sukker.
Relatert innhold
- Den irske kardiologen hvis oppfinnelse reddet LBJ
Men det er en annen grunn til at Dr. Woo elsker fotosyntesen. Når du har et hjerteinfarkt, er det to ting hjertet ditt trenger umiddelbart for å begynne å reparere det skadede vevet: oksygen og sukker. Nå tror Dr. Woo, en professor og hjertekirurg ved Stanford University, at han har funnet en måte å bruke noen av våre minste fotosyntesende venner til å hjelpe hjertene våre med å helbrede seg selv.
I en studie publisert denne uken i Science Advances, viser Dr. Woo og teamet hans hvordan de vellykket erstattet blod med mikroskopiske cyanobakterier, plantelignende organismer som også bruker fotosyntese. Ved å koordinere prosessen for å hjelpe til med å helbrede skadet hjertevev, var teamet i stand til å beskytte rotter mot dødelig hjertesvikt. Å feste et smertefullt hjerte, ser det ut til, kan være så enkelt som å skinne lys over situasjonen.
Hjerteanfall streiker 735 000 amerikanere hvert år, og hjertesykdommer er den største drapsmannen over hele verden. Et hjerteinfarkt skjer når noe blokkerer blodstrømmen til hjertet, og avskjærer oksygen fra å nå denne viktige muskelen. For kardiologer er utfordringen for å forhindre påfølgende hjertesvikt å raskt forsyne skadet hjertevev med oksygen og næringsstoffer. Men "hvis du ser på naturen, svarer fotosyntesen på det spørsmålet, " sier Dr. Jeffrey Cohen, en postdoktor ved Stanford Medicine og hovedforfatter på studien.
Hvis et skadet hjerte var fotosyntetisk, sier Dr. Cohen, vil det ikke trenge å stole på blod for å tilføre oksygen og sukker til vevet. Alt det trengte var solen. "Du vil gjøre det mulig for lys å bli drivstoffkilden din i stedet for blod, " sier Dr. Cohen. Akk, hjertet er ikke en plante. Så forskere prøvde det nest beste: å injisere den med plantelignende bakterier.
Dr. Woo og teamet hans startet med å prøve noen kjente, faktiske planter: "Vi grunner grønnkål og spinat, " sier han. De prøvde å skille ut kloroplastene, de fotosyntetiske organellene i hver plantecelle, men fant ut at når de først var isolert, ble de raskt inaktive. Det forskerne i stedet trengte, var selvforsynt fotosyntetiske maskiner, som kunne fungere som miniatyrdrivhus for hjertet.
Skriv inn cyanobakterier. Disse ørsmå organismene tjener levende ved å ta inn karbondioksid og vann og spytte ut oksygen. I havet er de i bunnen av næringskjeden, og lager oksygen og sukker som raskt blir utnyttet av andre sultne organismer. "De fungerer som en livline for alt annet, " sier Adam Martiny, professor i økologi og evolusjonsbiologi ved University of California i Irvine som studerer en vanlig type cyanobakterier kalt Synechococcus.
Med hjelp fra Stanford-mikrobiologer vokste Dr. Woo og teamet en belastning av Synechococcus i laboratoriet og injiserte det nedsatte hjertevevet til en levende rotte. Deretter slo de opp lysene. Etter 20 minutter så de økt metabolisme i skadede områder. Generelle hjerteytelser forbedret etter omtrent 45 minutter. Bevisene antydet at oksygen og sukker Synechococcus som ble opprettet ved fotosyntesen, forbedret vevsreparasjonen.
Etter å ha injisert levende bakterier i et organ, kan du forvente en infeksjon. Men interessant nok fant ikke forskerne noe immunrespons etter en ukes overvåking. "Insektene er bare ikke der lenger, den forsvinner, " sier Dr. Woo. "Og det er kanskje den beste typen bakterier" - en vennlig hjelper som holder seg rundt for å gjøre skade, og forsvinner sporløst.
Et potensielt problem med å gjøre denne prosedyren til en levedyktig behandling er timingen og kompleksiteten, bemerker Dr. Morteza Naghavi, administrerende styreleder i Society for Heart Attack Prevention and Eradication i Houston, Texas, som ikke var involvert i studien. Å behandle hjerteinfarkt er et løp mot klokka, og når pasienter blir overført til et spesielt anlegg utstyrt for å injisere cyanobakterier i hjertet, kan det være for sent. "Det krever en enorm mengde investeringer og teknologi, " sier Dr. Naghavi.
At forskerne fremdeles så sunnere hjerter hos rotter som gjennomgikk behandling etter en måned, kan imidlertid være et lovende resultat. "Hvis alt går slik forskere ønsker det, ville det være en enorm terapi for mennesker som har hatt [hjerteinfarkt], " sier Dr. Naghavi. “Det er en vill idé” - men det kan virke.
Dr. Woo og teamet hans grunner at Synechococcus balanserer en kjemisk ligning som støttes opp av et hjerteinfarkt. Å bruke lys som drivstoff til mat kan være et nytt konsept for et menneskelig hjerte, men det er en gammel hatt for cyanobakterier i deres naturlige leveområder.
Mens Martiny, miljømikrobiologen ved Irvine, lot seg imponere av kardiologenes oppfinnsomhet , er ideen om hvor kritiske cyanobakterier er for livet ikke en ny. Miljømikrobiologer studerer cyanobakterier som Synechococcus nettopp fordi de påvirker det globale miljøet så dypt. "Det er veldig bokstavelig i dette tilfellet, " sier han om studien, "men det er også ganske bokstavelig i havet, med tanke på at halvparten av oksygenet vi puster kommer fra planteplankton."
"Det var fascinerende at de kunne bruke en så liten organisme for å rense opp avfallet i et system, " legger han til, og refererer til hvordan cyanobakterier i studien absorberte karbondioksidoppbyggingen og brukte det til å fotosynteser, akkurat som i naturen. "De gir oksygen der akkurat som i havet for at vi skal kunne leve."
Den nylige studien er bare et bevis-of-concept, men forskere er nå på vei til å prøve teknikken i menneskelige fag. Deretter skal de prøve det i større dyremodeller som er nærmere mennesker, og de jobber med måter å levere og skinne lys på cyanobakterier uten en åpen hjerteoperasjon. De vurderer til og med genetisk redigering av Synechococcus for å få critters til å slippe mer sukker.
For mange kardiologer ligger ikke roten til problemet i å håndtere hjerteinfarkt etter at de oppstår, men i å forhindre dem i utgangspunktet. "Å behandle pasienter etter et hjerteinfarkt som å prøve å sette en lås på en låve etter at hestene er stjålet, " sier Dr. Naghavi, og påpeker at de fleste behandlinger bare utsetter eventuell hjertesvikt. Men gitt at så mange amerikanere har hjerteinfarkt - og sannsynligvis vil fortsette å gjøre det - å utvikle innovative behandlinger for å hjelpe dem med å komme seg, er det fortsatt verdt innsatsen, sier Dr. Cohen.
Selv noe så lite sannsynlig som å prøve å erstatte blod ved å bruke cyanobakterier, sier han, kan bidra til å redde liv. Utfordringen, som han uttrykker det, "er ikke noe jeg tar lett på."
