Д-р Джоузеф Вуо обича фотосинтезата. И с добра причина: Растенията може да не са толкова сладки като пандите, но благодарение на химическата им алхимия всички ние тук на Земята сме живи и дишаме. От микроскопичен фитопланктон до извисяващи се червени дървета, тези супергерои ни поддържат живи, като приемат въглероден диоксид и слънчева светлина, след което по чудо произвеждат кислород и захар.
Свързано съдържание
- Ирландският кардиолог, чието изобретение спаси LBJ
Но има и друга причина, че д-р Вуо обича фотосинтезата. Когато имате инфаркт, има две неща, от които сърцето ви се нуждае незабавно, за да започне да поправя увредената си тъкан: кислород и захар. Сега д-р Ву, професор и сърдечен хирург от Станфордския университет, смята, че е намерил начин да използва някои от най-малките ни фотосинтезиращи приятели, за да помогне на сърцата ни да се излекуват.
В проучване, публикувано тази седмица в Science Advances, д-р Ву и неговият екип показват как успешно заместват кръвта с микроскопични цианобактерии, растителни организми, които също използват фотосинтеза. Чрез кооптиране на процеса за подпомагане на заздравяването на увредената сърдечна тъкан екипът успя да защити плъховете от смъртоносна сърдечна недостатъчност. Изправянето на болното сърце, изглежда, може да бъде толкова просто, колкото да свети светлина върху ситуацията.
Сърдечните пристъпи стачкуват 735 000 американци всяка година, а сърдечните заболявания са убиец номер едно в целия свят. Инфаркт се случва, когато нещо блокира притока на кръв към сърцето, отрязвайки кислорода от достигането на този решаващ мускул. За кардиолозите предизвикателството за предотвратяване на последваща сърдечна недостатъчност е бързото снабдяване на увредените сърдечни тъкани с кислород и хранителни вещества. Но „ако погледнете природата, фотосинтезата отговаря на този въпрос“, казва д-р Джефри Коен, докторант от Stanford Medicine и водещ автор на изследването.
Ако повреденото сърце е фотосинтезиращо, казва д-р Коен, нямаше да е необходимо да разчитате на кръвта, за да презарежда кислород и захар в тъканите си. Всичко, от което се нуждаеше, беше слънцето. „Бихте позволили на светлината да стане източник на гориво вместо кръв“, казва д-р Коен. Уви, сърцето не е растение. Така изследователите опитаха следващото най-добро нещо: инжектирането му с растителни бактерии.
Д-р Ву и неговият екип започнаха, като опитваха някои познати, действителни растения: „Ние смиламе кале и спанак“, казва той. Те се опитваха да отделят хлоропластите, фотосинтетичните органели във всяка растителна клетка, но откриха, че веднъж изолирани, те бързо стават неактивни. Вместо това изследователите се нуждаеха от автономни фотосинтетични машини, които могат да функционират като миниатюрни оранжерии за сърцето.
Въведете цианобактерии. Тези мънички организми си изкарват прехраната, като приемат въглероден диоксид и вода и изплюват кислород. В океана те са в основата на хранителната верига, което прави кислорода и захарта, които бързо се експлоатират от други гладни организми. „Те служат като спасителна линия за всичко останало“, казва Адам Мартини, професор по екология и еволюционна биология в Калифорнийския университет в Ървайн, който изучава общ тип цианобактерии, наречен Synechococcus.
С помощта на микробиолозите от Станфорд, д-р Ву и неговият екип отглеждат щам на Synechococcus в лабораторията си и инжектират в увредената сърдечна тъкан на жив плъх. След това включиха светлините. След 20 минути забелязаха засилен метаболизъм в увредените участъци. Общият сърдечен резултат се подобри след около 45 минути. Доказателствата сочат, че кислородът и захарта Synechococcus, създаден чрез фотосинтеза, подобряват възстановяването на тъканите.
След инжектиране на живи бактерии в орган на тялото, може да очаквате инфекция. Но интересното е, че изследователите не откриха имунен отговор след седмица на наблюдение. „Грешките просто няма вече, те изчезват“, казва д-р Ву. „И може би това е най-добрият вид бактерии“ - приятелски помощник, който се придържа, за да направи контрол върху щетите, след което изчезва без следа.
Един потенциален проблем с превръщането на тази процедура в жизнеспособно лечение е нейното време и сложност, отбелязва д-р Morteza Naghavi, изпълнителен председател на Обществото за профилактика и ликвидиране на сърдечен удар в Хюстън, Тексас, който не е участвал в проучването. Лечението на сърдечни пристъпи е състезание срещу часовника и до момента, когато пациентите бъдат прехвърлени в специално съоръжение, оборудвано за инжектиране на цианобактерии в сърцето, може да е твърде късно. „Това изисква огромно количество инвестиции и технологии“, казва д-р Нагави.
Въпреки това, фактът, че изследователите все още виждат по-здрави сърца при плъхове, които се подлагат на лечение след месец, може да бъде обещаващ резултат. „Ако всичко върви по начина, по който изследователите го искат, би било огромна терапия за хора, прекарали [инфаркти]“, казва д-р Нагави. „Това е дива идея“ - но просто може да работи.
Д-р Ву и неговият екип причиняват, че Synechococcus балансира химично уравнение, предизвикано от сърдечен удар. Използването на светлина като гориво за храна може да е новост за човешкото сърце, но това е стара шапка за цианобактерии в естествените им местообитания.
Докато Мартини, екологичният микробиолог в Ървайн, беше впечатлен от изобретателността на кардиолозите , идеята за това колко критични са цианобактериите към живота, не е нова. Микробиолозите от околната среда изучават цианобактерии като Synechococcus именно защото така силно влияят на глобалната среда. "В този случай е много буквално", казва той за изследването, "но също така е доста буквално в океана, като се има предвид, че половината кислород, който дишаме, идва от фитопланктона."
„Увлекателно беше, че те могат да използват такъв мъничък организъм, за да почистят отпадъците в система“, добавя той, като се позовава на това как цианобактериите в изследването абсорбират натрупването на въглероден диоксид и го използват за фотосинтезиране, точно както в природата. "Те осигуряват кислород там, както правят в океана, за да живеем."
Скорошното проучване е само доказателство за концепцията, но учените вече са на път да изпробват техниката при хора. По-нататък те ще го изпробват в по-големи животински модели, които са по-близки до хората и работят върху начини да доставят и блестят светлина върху цианобактериите без операция на открито сърце. Те дори обмислят генетично да редактират Synechococcus, за да накарат съществата да отделят повече захар.
За много кардиолози основата на проблема се крие не в управлението на инфарктите, след като се появят, а в предотвратяването им на първо място. „Лечение на пациенти след сърдечен удар, като опит да се сложи ключалка на плевня след открадването на конете“, казва д-р Нагави, изтъквайки, че повечето лечения само забавят евентуална сърдечна недостатъчност. Но като се има предвид, че толкова много американци страдат от сърдечни пристъпи - и вероятно ще продължат да го правят - разработването на иновативни лечения, които да им помогнат да се възстановят, все още си струва усилията, казва д-р Коен.
Дори нещо толкова малко вероятно, колкото опитът да се замени кръвта с помощта на цианобактерии, според него, може да помогне за спасяването на живота. Според него предизвикателството "не е нещо, което приемам леко".
