“閃閃的紅心”：熒光蛋白助力心律失常研究

干細(xì)胞來源的細(xì)胞模型在心臟功能障礙研究中扮演越來越重要的角色。慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的研究人員成功生產(chǎn)了有助于研究心臟特性的細(xì)胞。使用能發(fā)光的分子傳感器，不僅使細(xì)胞的電活動(dòng)可見，也使得有可能次快速進(jìn)行細(xì)胞類型識(shí)別。
在過去十年，在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)可產(chǎn)生所謂的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞。這些干細(xì)胞是從白細(xì)胞衍生的，例如，可在實(shí)驗(yàn)室中無限復(fù)制，并變成所有可能類型的細(xì)胞。例如，這種方式產(chǎn)生的心臟細(xì)胞這使得其可用于調(diào)查心律紊亂。該用途中動(dòng)物實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，且不能輕易地從患者心臟取組織樣本。但是，培養(yǎng)的心臟細(xì)胞，提供了一個(gè)以“縮影”方式研究此類疾病的機(jī)會(huì)。
“我們的研究解決了這類細(xì)胞模型的幾個(gè)使用難題，Daniel Sinnecker，KLINIKUM rechts Isar的慕尼黑工業(yè)大學(xué)心臟病系博士說。實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的心臟細(xì)胞仍然存在如何能夠好地衡量電活動(dòng)的問題。在過去，微電極常用于直接確定細(xì)胞的電信號。但是這個(gè)過程相當(dāng)繁瑣，并且只能對少數(shù)細(xì)胞使用。
細(xì)胞類型之間的差異 此外，并非所有的心臟細(xì)胞都是一樣的。所有的心臟細(xì)胞能夠以其自身的節(jié)奏收縮，并以電信號轉(zhuǎn)發(fā)到相鄰小區(qū)。另一方面，其中形成所述心臟的各種結(jié)構(gòu)，如心房，腔或竇節(jié)點(diǎn)，即心臟的“心臟起搏器”的細(xì)胞，彼此顯著不同，例如，動(dòng)作電位方面。細(xì)胞內(nèi)、外部之間的電壓變化形成用于控制心臟激發(fā)和收縮的過程。
心肌特定區(qū)域障礙引起的節(jié)律紊亂使得該差值變得關(guān)機(jī)。從干細(xì)胞生成心臟細(xì)胞，科學(xué)家們今天只能影響細(xì)胞變成心室細(xì)胞，心房細(xì)胞或細(xì)胞淋巴結(jié)，且并不適非常有效。為了探究特定病癥，科學(xué)家必須精確每個(gè)單獨(dú)細(xì)胞的類型。
生物傳感器而不是微電極
Daniel Sinnecker和他的團(tuán)隊(duì)《歐洲心臟》雜志文章中為存在問題提供了可能的解決方案。不同于給細(xì)胞附著微電極等方法，科學(xué)家們使用了生物傳感器。這些都是從熒光，i.e.luminous，深海水母蛋白衍生而來。將包含這些傳感器蛋白質(zhì)“construction plans”的DNA導(dǎo)入到心臟細(xì)胞中，然后產(chǎn)生所述傳感器的蛋白質(zhì)。給標(biāo)記的心臟細(xì)胞以特定波長的光刺激，它們將在不同波長處產(chǎn)生光。返回的光的精確顏色取決于細(xì)胞內(nèi)部和外部之間的電壓差。因此人們可以使用一種特殊的照相機(jī)測量和記錄單個(gè)細(xì)胞的動(dòng)作電位。
這種新方法的一個(gè)特殊特征是，插入的DNA可以配上特異性識(shí)別序列，所謂啟動(dòng)子。這些保證了傳感器蛋白質(zhì)生產(chǎn)僅在特定類型的心臟肌肉細(xì)胞中存在。因此可根據(jù)需要只捕獲來自心房細(xì)胞、心室的細(xì)胞或竇房結(jié)細(xì)胞的電信號。
研究藥物毒性的可能性 與現(xiàn)有繁瑣微電極技術(shù)相比，這種方法提供了顯著改進(jìn)。 “我們已經(jīng)可以一天調(diào)查數(shù)百個(gè)細(xì)胞，而不是只有一小部分，”Chen Zhfen，該研究的作者說。 “這個(gè)過程基本上可以自動(dòng)和按比例增加，使數(shù)以千計(jì)的細(xì)胞可以在同一時(shí)間進(jìn)行研究?！?
“在未來，我們可以用我們的方法不僅在實(shí)驗(yàn)室中研究疾病，”Sinnecker說。 “我們調(diào)查大量的細(xì)胞，這意味著我們也可以使用這種方法用于藥物研究，例如，我們可以調(diào)查藥品是否對心肌產(chǎn)生負(fù)面影響?！边@類新程序挑戰(zhàn)是必須制備充足的細(xì)胞。Sinnecker和他的團(tuán)隊(duì)正在努力提高其方法的靈敏度。