科学家实现激光束控制心脏跳动

左图为对照，中图显示0.8焦耳/平方厘米的激光未对心脏造成伤害，右图显示能量提高5倍时心脏受损。图片来源：M. W. Jenkins 等/Nature Photonics 美国科学家首次使用激光束控制了心脏的跳动。这一发现为人类探索心脏奥秘翻开了新的一页，也使光控心脏起搏器的问世成为可能。普通的心脏起搏器是通过微弱的脉冲电流刺激心肌细胞，进而调整心跳的节律。早在1967年，电信号起搏器面市不久，科学家就发现光能够提高心脏的跳动频率，但由于条件所限，人们还不懂得如何控制它。直到2008年，日本的一个研究团队才使用一种近红外激光束，成功地控制了一团离体心肌细胞的搏动。但到目前为止，还没有人能够控制整个心脏。但有一个人还没死心。Michael Jenkins是美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的一名生物医学工程师，他阅读了1967年的发现之后，决计将这项实验继续下去。他和他的同事使用激光束照射一些鹌鹑的离体活胚胎，这些胚胎只有2～3天大，其心脏体积只有2立方毫米，比一团心肌细胞大不了多少，是非常合适的实验材料。奇迹出现了。Jenkins发现，胚胎的心跳跟激光的脉冲频率同步了起来。研究者尝试调整脉冲频率，先从每秒2～3次开始，然后逐渐减慢，但结果依然如故，脉冲频率变化的幅度甚至可达50%。Jenkins的研究团队将这一结果发表在8月15日出版的《自然—光子学》杂志上。随后，研究小组测试了不同能量的激光，来寻找最安全和最有效的那一束。结果表明，0.8焦耳/平方厘米的激光不会对心脏造成伤害；当能量提高到五倍时，受试的心肌细胞就被烤焦了。 Jenkins表示，虽然需要经过长期的观察实验，才能确定这些心肌细胞究竟是不是真的毫发无伤，但这次的结果毫无疑问是意义重大的。“我们想知道先天性心脏病是如何形成的，也想知道心脏搏动频率是怎样一步步发生变化的。”Jenkins说，“我们更想使用一种无创的手段来治疗心脏疾病。” 日本大阪大学的生物物理学家Nicholas Smith是使用激光控制心肌细胞的第一人，他表示Jenkins的研究是一项重大突破。“我非常高兴看到这一进展，这是世界上首次用激光调控了整颗心脏。如果这项研究能够深入下去，人们将会发现，激光能做的事情还有很多”。但要深入挖掘下去，却不是那么简单的事情，有一些问题还等待科学家来解答。首当其冲的就是激光究竟是如何刺激心脏工作的，尽管许多科学家猜测是因为激光影响了细胞的温度，但这一机制还没有得到证实；第二，目前Jenkins还无法确定他的研究结果能不能应用于体积更大的成熟心脏。 Smith表示，如果上述问题能够得到解决，并且能确保心脏不会受到损伤的话，激光就很有可能应用于临床治疗，比如心脏手术或者起搏器的移植。（来源：科学时报丁佳）