Dr. Joseph Woo elsker fotosyntesen. Og med god grund: Planter er måske ikke så søde som pandaer, men det er takket være deres kemiske alkymi, at vi alle her på Jorden lever og trækker vejret. Fra mikroskopisk fytoplankton til tårnhøje rødtræer holder disse superhelte os i live ved at indtage kuldioxid og sollys og derefter på mirakuløst vis producere ilt og sukker.
Relateret indhold
- Den irske kardiolog, hvis opfindelse reddede LBJ
Men der er en anden grund til, at Dr. Woo elsker fotosyntesen. Når du har et hjerteanfald, er der to ting, dit hjerte straks har brug for for at begynde at reparere det beskadigede væv: ilt og sukker. Nu tror Dr. Woo, en professor og hjertekirurg ved Stanford University, at han har fundet en måde at bruge nogle af vores mindste fotosyntetiserende venner til at hjælpe vores hjerter med at helbrede sig selv.
I en undersøgelse, der blev offentliggjort denne uge i Science Advances, viser Dr. Woo og hans team, hvordan de med succes har erstattet blod med mikroskopiske cyanobakterier, plantelignende organismer, der også bruger fotosyntese. Ved at co-vælge processen for at hjælpe med at helbrede beskadiget hjertevæv var teamet i stand til at beskytte rotter mod dødbringende hjertesvigt. Det virker som om det kan være så simpelt at fixe et syge hjerte som at skinne et lys over situationen.
Hjerteanfald strejker 735.000 amerikanere hvert år, og hjertesygdomme er verdensomspændende dræber. Et hjerteanfald sker, når noget blokerer blodgennemstrømningen til hjertet og afskærer ilt fra at nå denne afgørende muskel. For kardiologer er udfordringen til at forhindre efterfølgende hjertesvigt hurtigt at forsyne beskadigede hjertevæv med ilt og næringsstoffer. Men "hvis du ser på naturen, svarer fotosyntesen på det spørgsmål, " siger Dr. Jeffrey Cohen, en postdoktor ved Stanford Medicine og hovedforfatter på studiet.
Hvis et beskadiget hjerte var fotosyntetisk, siger Dr. Cohen, ville det ikke være nødvendigt at stole på blod for at tilføre ilt og sukker til dets væv igen. Alt hvad det behøvede var solen. ”Du vil gøre det muligt for lys at blive din brændstofskilde i stedet for blod, ” siger Dr. Cohen. Desværre er hjertet ikke en plante. Så forskere prøvede den næste bedste ting: at injicere det med plantelignende bakterier.
Dr. Woo og hans team startede med at prøve nogle velkendte, faktiske planter: ”Vi har fundet grønkål og spinat, ” siger han. De forsøgte at adskille chloroplasterne, de fotosyntetiske organeller i hver plantecelle, men fandt ud af, at når de først var isoleret, blev de hurtigt inaktive. Hvad forskere havde brug for i stedet var selvforsynede fotosyntetiske maskiner, der kunne fungere som miniature drivhuse til hjertet.
Indtast cyanobakterier. Disse små organismer tjener til livets ophold ved at indtage kuldioxid og vand og spytte ilt ud. I havet er de ved foden af fødekæden, hvilket gør ilt og sukker, som hurtigt udnyttes af andre sultne organismer. ”De tjener som en livline til alt andet, ” siger Adam Martiny, professor i økologi og evolutionær biologi ved University of California i Irvine, der studerer en almindelig type cyanobakterier kaldet Synechococcus.
Med hjælp fra Stanford-mikrobiologer voksede Dr. Woo og hans team en stamme af Synechococcus i deres laboratorium og sprøjtes til det nedsatte hjertevæv fra en levende rotte. Derefter tændte de lysene. Efter 20 minutter så de øget stofskifte i beskadigede områder. Den samlede hjerteydelse blev forbedret efter ca. 45 minutter. Beviserne antydede, at det ilt og sukker Synechococcus, der blev skabt ved fotosyntesen, forbedrede vævsreparationen.
Efter at have injiceret levende bakterier i et organ, kan du forvente en infektion. Men interessant nok fandt forskerne intet immunrespons efter en uges overvågning. "Bugs er bare ikke der mere, de forsvinder, " siger Dr. Woo. ”Og måske er det den bedste slags bakterier” - en venlig hjælper, der holder sig rundt for at kontrollere skader og derefter forsvinder sporløst.
Et potentielt problem med at gøre denne procedure til en levedygtig behandling er dens timing og kompleksitet, bemærker Dr. Morteza Naghavi, administrerende formand for Society for Heart Attack Prevention and Eradication i Houston, Texas, som ikke var involveret i undersøgelsen. Behandling af hjerteanfald er et løb mod uret, og når patienterne overføres til en speciel facilitet udstyret til at injicere cyanobakterier i hjertet, kan det være for sent. ”Det kræver en enorm mængde investeringer og teknologi, ” siger Dr. Naghavi.
Det faktum, at forskerne stadig så sundere hjerter hos rotter, der gennemgik behandling efter en måned, kunne imidlertid være et lovende resultat. ”Hvis alt går som forskere ønsker det, ville det være en enorm terapi for mennesker, der har haft [hjerteanfald], ” siger Dr. Naghavi. ”Det er en vild idé” - men det fungerer måske bare.
Dr. Woo og hans team begrunder, at Synechococcus afbalancerer en kemisk ligning, der er støttet af et hjerteanfald. Brug af lys som brændstof til mad kan være et nyt koncept for et menneskeligt hjerte, men det er en gammel hat til cyanobakterier i deres naturlige levesteder.
Mens Martiny, miljømikrobiologen hos Irvine, var imponeret over kardiologernes opfindsomhed , er tanken om, hvor kritiske cyanobakterier er for livet, ikke en ny. Miljømikrobiologer studerer cyanobakterier som Synechococcus netop fordi de så dybtgående påvirker det globale miljø. "Det er meget bogstaveligt i dette tilfælde, " siger han om undersøgelsen, "men det er også ret bogstaveligt i havet, i betragtning af at halvdelen af det ilt, vi indånder, kommer fra planteplankton."
”Det var fascinerende, at de kunne bruge en så lille organisme til at rydde op i affaldet i et system, ” tilføjer han og henviste til, hvordan cyanobakterier i studiet absorberede kuldioxidopbygningen og brugte det til fotosyntesen, ligesom i naturen. ”De leverer ilt der, ligesom de gør i havet for at vi skal kunne leve.”
Den nylige undersøgelse er kun et bevis på-koncept, men forskere er nu på vej til at prøve teknikken i menneskelige fag. Derefter prøver de det i større dyremodeller, der er tættere på mennesker, og de arbejder på måder at levere og skinne lys på cyanobakterier uden en åben hjerteoperation. De overvejer endda genetisk redigering af Synechococcus for at få critters til at frigive mere sukker.
For mange kardiologer ligger roden til problemet ikke i at håndtere hjerteanfald, når de opstår, men i at forhindre dem i første omgang. ”Behandling af patienter efter et hjerteanfald som at prøve at sætte en lås på en lade efter at hestene er stjålet, ” siger Dr. Naghavi og påpeger, at de fleste behandlinger kun forsinker eventuel hjertesvigt. Men i betragtning af at så mange amerikanere lider af hjerteanfald - og sandsynligvis fortsat vil gøre det - er det stadig umagen værd at udvikle innovative behandlinger for at hjælpe dem med at komme sig, siger Dr. Cohen.
Selv noget så usandsynligt som at forsøge at erstatte blod ved hjælp af cyanobakterier, siger han, kunne hjælpe med at redde liv. Udfordringen, som han udtrykker det, "er ikke noget, jeg tager let."
