Dr. Joseph Woo rakastaa fotosynteesiä. Ja hyvästä syystä: Kasvit eivät ehkä ole niin söpöjä kuin pandoja, mutta kemiallisen alkemiansa ansiosta me kaikki täällä maan päällä olemme elossa ja hengittämässä. Mikroskooppisesta kasviplanktonista kohokaisiin punapuihin, nämä superheroeet pitävät meidät hengissä ottamalla hiilidioksidia ja auringonvaloa tuottaen ihmeellisesti happea ja sokeria.
Asiaan liittyvä sisältö
- Irlantilainen kardiologi, jonka keksintö pelasti LBJ: n
Mutta on toinen syy siihen, että tohtori Woo rakastaa fotosynteesiä. Kun sinulla on sydänkohtaus, sydämesi tarvitsee heti kaksi asiaa vaurioituneen kudoksen korjaamiseksi: happi ja sokeri. Nyt Stanfordin yliopiston professori ja sydänkirurgi Dr. Woo uskoo löytäneensä tavan käyttää joitain pienimmistä fotosyntetisoivista ystävistämme auttaaksemme sydäntämme parantamaan itseään.
Tämän viikon Science Advances -julkaisussa julkaistussa tutkimuksessa tohtori Woo ja hänen tiiminsä osoittavat, kuinka he korvasivat veren menestyksekkäästi mikroskooppisilla syanobakteereilla, kasvilaisilla organismeilla, jotka käyttävät myös fotosynteesiä. Valitsemalla prosessin vaurioituneen sydänkudoksen parantamiseksi auttoi ryhmä suojelemaan rottia tappavalta sydämen vajaatoiminnalta. Vaikean sydämen korjaaminen näyttää siltä, että se on yhtä yksinkertaista kuin tilanteen valaistus.
Sydänkohtaukset iskevät 735 000 amerikkalaista vuosittain, ja sydänsairaudet ovat maailman kärjessä. Sydänkohtaus tapahtuu, kun jokin estää veren virtausta sydämeen ja estää happea pääsemästä tähän tärkeään lihakseen. Kardiologien haaste seuraavien sydämen vajaatoimintojen estämisessä on vaurioituneiden sydänkudosten nopea tarjonta happea ja ravintoaineita. Mutta "jos tarkastellaan luontoa, fotosynteesi vastaa tähän kysymykseen", sanoo tohtori Jeffrey Cohen, Stanfordin lääketieteen jatko-opiskelija ja tutkimuksen pääkirjailija.
Jos vaurioitunut sydän olisi fotosynteettistä, Dr. Cohen sanoo, sen ei tarvitsisi luottaa vereen hapen ja sokerin palauttamiseksi kudoksiin. Tarvittiin vain aurinko. "Antaisit valolle tulla veren polttoaineen lähteeksi", tohtori Cohen sanoo. Valitettavasti sydän ei ole kasvi. Joten tutkijat yrittivät seuraavaa parasta: injektoimalla sitä kasvilaisille bakteereille.
Tohtori Woo ja hänen tiiminsä aloittivat kokeilemalla tuttuja, todellisia kasveja: "Jauhelemme lehtikaalia ja pinaattia", hän sanoo. He yrittivät erottaa kloroplastit, joka oli jokaisen kasvisolun fotosynteettinen organeli, mutta havaitsivat, että eristyksensä jälkeen muuttuivat nopeasti passiivisiksi. Sen sijaan tutkijat tarvitsivat itsenäisiä fotosynteettisiä koneita, jotka voisivat toimia pieninä kasvihuoneina sydämelle.
Syötä sinilevät. Nämä pienet organismit ansaitsevat elantonsa ottamalla hiilidioksidia ja vettä ja sylkemällä happea. Meressä ne ovat ravintoketjun juuressa, jolloin happea ja sokeria, jotka muut nälkäiset organismit hyödyntävät nopeasti. "Ne toimivat päätelmänä kaikelle muulle", sanoo Adam Martiny, ekologian ja evoluutiobiologian professori Kalifornian yliopistossa Irvineissa. Hän tutkii syanobakteerien tyyppiä, nimeltään Synechococcus.
Stanfordin mikrobiologien avulla tohtori Woo ja hänen tiiminsä kasvattivat Synechococcus- kantaa laboratoriossaan ja pistettiin elävän rotan heikentyneeseen sydänkudokseen. Sitten he sytyttivät valot. 20 minuutin kuluttua he näkivät lisääntyneen aineenvaihdunnan vaurioituneilla alueilla. Sydän yleinen suorituskyky parani noin 45 minuutin kuluttua. Todisteiden mukaan fotosynteesin kautta syntynyt hapen ja sokerin synechococcus lisäsi kudosten korjaamista.
Kun olet injektoinut eläviä bakteereja kehon elimeen, saatat odottaa tartuntaa. Mutta mielenkiintoista, tutkijat eivät löytäneet immuunivastetta viikon seurannan jälkeen. "Virheitä ei vain enää ole, se katoaa", sanoo tohtori Woo. "Ja ehkä se on paras bakteerityyppi" - ystävällinen avustaja, joka pysyy tekemisissä vahingoittaakseen hallintaa, ja katoaa sitten jäljetään.
Yksi potentiaalinen ongelma tämän menettelyn toteuttamisessa on sen ajoitus ja monimutkaisuus, toteaa Texasin Houstonin sydänkohtausten ehkäisy- ja hävittämisyhdistyksen pääjohtaja Dr. Morteza Naghavi, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. Sydänkohtausten hoitaminen on kilpailu kelloa vastaan, ja siihen mennessä, kun potilaat siirretään erityiseen tilaan, joka on varustettu syanobakteerien injektioon sydämeen, voi olla liian myöhäistä. "Se vaatii valtavia investointeja ja tekniikkaa", tohtori Naghavi sanoo.
Kuitenkin se, että tutkijat näkivät silti terveellisemmän sydämen rotilla, joille tehtiin hoito kuukauden kuluttua, voi olla lupaava tulos. "Jos kaikki menee tutkijoiden haluamalla tavalla, se olisi valtava terapia ihmisille, joilla on ollut [sydänkohtauksia]", tohtori Naghavi sanoo. "Se on villi idea" - mutta se vain voisi toimia.
Tohtori Woo ja hänen tiiminsä katsovat, että Synechococcus tasapainottaa kemiallisen yhtälön, jonka sydänkohtaus leimaa. Valon käyttäminen ruuan polttoaineena voi olla uusi käsite ihmisen sydämelle, mutta se on vanha syanobakteerien hattu niiden luonnollisissa elinympäristöissä.
Vaikka Irvinein ympäristömikrobiologi Martiny oli vaikuttunut kardiologien kekseliäisyydestä , ajatus siitä, kuinka kriittiset sinilevät ovat elämässä, ei ole uusi. Ympäristömikrobiologit tutkivat Synechococcus- tyyppisiä sinileviä juuri siksi, että ne vaikuttavat niin perusteellisesti globaaliin ympäristöön. "Se on hyvin kirjaimellinen tässä tapauksessa", hän sanoo tutkimuksesta, "mutta se on myös melko kirjaimellinen valtameressä, kun otetaan huomioon, että puoli hengitettävää happea tulee kasviplanktonista."
”Oli kiehtovaa, että he pystyivät käyttämään niin pientä organismia jätteiden puhdistamiseen järjestelmässä”, hän lisää ja viittasi siihen, kuinka syanobakteerit tutkimuksessa absorboivat hiilidioksidin kertymistä ja käyttivät sitä fotosynteesiin, kuten luonnossakin. "Ne tarjoavat happea siellä samalla tavalla kuin meressä, jotta voimme elää."
Äskettäinen tutkimus on vain todiste konseptista, mutta tutkijat ovat nyt matkalla tekniikan kokeiluun ihmisillä. Seuraavaksi he kokeilevat sitä suuremmissa eläinmalleissa, jotka ovat lähempänä ihmisiä, ja he työskentelevät tapoja antaa syanobakteereille valoa ja loistaa niistä ilman avointa sydänleikkausta. He jopa harkitsevat Synechococcusin geneettistä muokkaamista saadakseen kriitikot vapauttamaan enemmän sokeria.
Monille kardiologeille ongelman syy ei ole sydänkohtausten hallinta niiden ilmaantuessa, vaan ennaltaehkäiseminen. "Hoitamalla potilaita sydänkohtauksen jälkeen, kuten yrittämällä lukita navetta hevosten varastamisen jälkeen", sanoo tohtori Naghavi ja huomauttaa, että suurin osa hoidoista viivästyy vain mahdollista sydämen vajaatoimintaa. Mutta kun otetaan huomioon, että niin monet amerikkalaiset kärsivät sydänkohtauksista - ja todennäköisesti jatkavat niin -, innovatiivisten hoitomenetelmien kehittäminen auttamaan heitä toipumaan on edelleen vaivan arvoista, sanoo tohtori Cohen.
Hänen mukaansa jopa niin epätodennäköistä kuin veren korvaaminen syanobakteereilla voisi auttaa pelastamaan ihmishenkiä. Haaste, kuten hän asettaa, "ei ole asia, jota otan kevyesti."
