Ο Δρ Joseph Woo αγαπά τη φωτοσύνθεση. Και για σοβαρό λόγο: Τα φυτά μπορεί να μην είναι τόσο χαριτωμένα όσο τα παντά, αλλά χάρη στη χημική τους αλχημεία, όλοι μας εδώ στη Γη ζούμε και αναπνέουμε. Από μικροσκοπικό φυτοπλαγκτόν μέχρι πανύψηλα κόκκινα λουλούδια, αυτά τα υπερήρωα μας κρατούν ζωντανούς παίρνοντας το διοξείδιο του άνθρακα και το φως του ήλιου και έπειτα παράγουν με θαυματουργό τρόπο το οξυγόνο και τη ζάχαρη.
σχετικό περιεχόμενο
- Ο ιρλανδός καρδιολόγος του οποίου η εφεύρεση έσωσε το LBJ
Αλλά υπάρχει και ένας άλλος λόγος για τον οποίο ο δρ. Woo αγαπά τη φωτοσύνθεση. Όταν έχετε μια καρδιακή προσβολή, υπάρχουν δύο πράγματα που η καρδιά σας χρειάζεται αμέσως για να ξεκινήσει την επισκευή του κατεστραμμένου ιστού: οξυγόνο και ζάχαρη. Τώρα ο Δρ Woo, καθηγητής και καρδιοχειρουργός στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, πιστεύει ότι βρήκε έναν τρόπο να χρησιμοποιήσει μερικούς από τους πιο μικρούς φίλους μας για να βοηθήσουμε τις καρδιές μας να θεραπευτούν.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο Science Advances, ο Δρ Woo και η ομάδα του δείχνουν πως αντικατέστησαν με επιτυχία το αίμα με μικροσκοπικά κυανοβακτήρια, φυτικούς οργανισμούς που χρησιμοποιούν επίσης φωτοσύνθεση. Συνεργαζόμενοι τη διαδικασία για να βοηθήσουν στην επούλωση του κατεστραμμένου καρδιακού ιστού, η ομάδα κατάφερε να προστατεύσει τους αρουραίους από τη θανατηφόρα καρδιακή ανεπάρκεια. Η τοποθέτηση μιας καρδιάς που πάσχει, φαίνεται, μπορεί να είναι τόσο απλή όσο να φωτίζει την κατάσταση.
Οι επιθέσεις καρδιών χτυπάνε 735.000 Αμερικανούς κάθε χρόνο και οι καρδιακές παθήσεις είναι ο παγκόσμιος αριθμός δολοφόνων. Μια καρδιακή προσβολή συμβαίνει όταν κάτι μπλοκάρει τη ροή του αίματος στην καρδιά, διακόπτοντας το οξυγόνο από το να φτάσει σε αυτόν τον κρίσιμο μυ. Για τους καρδιολόγους, η πρόκληση για την αποτροπή επακόλουθης καρδιακής ανεπάρκειας είναι η γρήγορη παροχή εγκεφαλικών ιστών με οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά. Αλλά "εάν κοιτάξετε τη φύση, η φωτοσύνθεση απαντά σε αυτή την ερώτηση", λέει ο Dr. Jeffrey Cohen, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης της Stanford Medicine και επικεφαλής της μελέτης.
Αν μια κατεστραμμένη καρδιά ήταν φωτοσυνθετική, λέει ο Δρ Cohen, δεν θα χρειαζόταν να στηριχθεί στο αίμα για να επανασυνδέσει το οξυγόνο και τη ζάχαρη στους ιστούς του. Το μόνο που θα χρειαζόταν ήταν ο ήλιος. «Θα επιτρέψετε στο φως να γίνει πηγή καυσίμου σας, αντί για αίμα», λέει ο Δρ Cohen. Δυστυχώς, η καρδιά δεν είναι φυτό. Έτσι οι ερευνητές προσπάθησαν το επόμενο καλύτερο πράγμα: να το ενέσουν με φυτικά βακτήρια.
Ο δρ. Woo και η ομάδα του ξεκίνησαν προσπαθώντας μερικά γνωστά, πραγματικά φυτά: "Εμείς βάλαμε το λάχανο και το σπανάκι", λέει. Προσπαθούσαν να διαχωρίσουν τους χλωροπλάστες, τα φωτοσυνθετικά οργανίδια μέσα σε κάθε φυτικό κύτταρο, αλλά διαπίστωσαν ότι μόλις απομονώθηκαν γρήγορα έγιναν αδρανείς. Αυτό που χρειάζονται οι ερευνητές ήταν αυτοτελείς φωτοσυνθετικές μηχανές, οι οποίες θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως μικροσκοπικά θερμοκήπια για την καρδιά.
Εισάγετε κυανοβακτήρια. Αυτοί οι μικροσκοπικοί οργανισμοί ζουν με τη λήψη διοξειδίου του άνθρακα και νερού και φτύνουν το οξυγόνο. Στον ωκεανό, βρίσκονται στη βάση της τροφικής αλυσίδας, καθιστώντας το οξυγόνο και τη ζάχαρη που εκμεταλλεύεται γρήγορα άλλοι πεινασμένοι οργανισμοί. "Εξυπηρετούν ως σωσίβια για όλα τα άλλα", λέει ο Adam Martiny, καθηγητής οικολογίας και εξελικτικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Irvine, ο οποίος μελετά ένα κοινό είδος κυανοβακτηρίων που ονομάζεται Synechococcus.
Με τη βοήθεια μικροβιολόγων του Στάνφορντ, ο δρ. Woo και η ομάδα του ανέπτυξαν ένα στέλεχος του Synechococcus στο εργαστήριό τους και έλαβαν ένεση στον καρδιακό ιστό ενός διαβητικού αρουραίου. Στη συνέχεια, έδειξαν τα φώτα. Μετά από 20 λεπτά, είδαν αυξημένο μεταβολισμό στις πληγείσες περιοχές. Η συνολική καρδιακή απόδοση βελτιώθηκε μετά από περίπου 45 λεπτά. Τα στοιχεία έδειξαν ότι το οξυγόνο και ο Synechococcus ζάχαρης που δημιουργήθηκε μέσω της φωτοσύνθεσης ενίσχυαν την επισκευή των ιστών.
Μετά την έγχυση ζωντανών βακτηριδίων σε όργανο του σώματος, μπορεί να αναμένετε μια μόλυνση. Ενδιαφέρον όμως είναι ότι οι ερευνητές δεν βρήκαν καμία ανοσολογική απάντηση μετά από μια εβδομάδα παρακολούθησης. "Τα σφάλματα δεν είναι πια εκεί, εξαφανίζονται", λέει ο Δρ Woo. "Και ίσως αυτό είναι το καλύτερο είδος βακτηρίων" - ένας φιλικός βοηθός που κολλάει γύρω για να κάνει έλεγχο βλαβών, τότε εξαφανίζεται χωρίς ίχνος.
Ένα πιθανό πρόβλημα με την καθιέρωση αυτής της διαδικασίας μιας βιώσιμης θεραπείας είναι η χρονική στιγμή και η πολυπλοκότητά της, σημειώνει ο Δρ Morteza Naghavi, Εκτελεστικός Πρόεδρος του Society for Prevention and Eradication Heart Attack στο Χιούστον του Τέξας, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Η αντιμετώπιση των καρδιακών προσβολών είναι ένας αγώνας κατά του ρολογιού και από τη στιγμή που οι ασθενείς μεταφέρονται σε μια ειδική εγκατάσταση που είναι εξοπλισμένη για την έγχυση κυανοβακτηρίων στην καρδιά, μπορεί να είναι πολύ αργά. "Απαιτεί ένα τεράστιο ποσό επενδύσεων και τεχνολογίας", λέει ο Δρ Naghavi.
Ωστόσο, το γεγονός ότι οι ερευνητές εξακολουθούν να βλέπουν καρδιές υγιέστερες σε αρουραίους που υποβλήθηκαν σε θεραπεία μετά από ένα μήνα θα μπορούσε να είναι ένα πολλά υποσχόμενο αποτέλεσμα. «Αν όλα πάνε με τον τρόπο που το θέλουν οι ερευνητές, θα ήταν μια τεράστια θεραπεία για τους ανθρώπους που είχαν [καρδιακές προσβολές]», λέει ο Δρ. Naghavi. "Είναι μια άγρια ιδέα" - αλλά θα μπορούσε να λειτουργήσει.
Ο Δρ Woo και ο λόγος της ομάδας του ότι ο Synechococcus ισορροπεί μια χημική εξίσωση που προσβάλλεται από καρδιακή προσβολή. Χρησιμοποιώντας το φως ως καύσιμο για τρόφιμα μπορεί να είναι μια νέα αντίληψη για μια ανθρώπινη καρδιά, αλλά είναι παλιό καπέλο για τα κυανοβακτήρια στα φυσικά ενδιαιτήματα τους.
Ενώ ο Martiny, περιβαλλοντικός μικροβιολόγος στο Irvine, εντυπωσιάστηκε από την εφευρετικότητα των καρδιολόγων , η ιδέα για το πόσο ζωτικής σημασίας τα κυανοβακτήρια είναι στη ζωή δεν είναι νέα. Οι περιβαλλοντικοί μικροβιολόγοι μελετούν τα κυανοβακτήρια όπως ο Synechococcus ακριβώς επειδή επηρεάζουν τόσο βαθιά το παγκόσμιο περιβάλλον. "Είναι πολύ κυριολεκτικό στην περίπτωση αυτή", λέει η μελέτη, "αλλά είναι επίσης αρκετά κυριολεκτικά στον ωκεανό, θεωρώντας ότι το ήμισυ του οξυγόνου που αναπνέουμε προέρχεται από φυτοπλαγκτόν".
"Ήταν συναρπαστικό ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν έναν τόσο μικροσκοπικό οργανισμό για να καθαρίσουν τα απόβλητα σε ένα σύστημα", προσθέτει, αναφερόμενος στο πώς τα κυανοβακτήρια στη μελέτη απορρόφησαν τη συσσώρευση διοξειδίου του άνθρακα και τα χρησιμοποιούσαν για τη φωτοσύνθεση, όπως και στη φύση. «Παρέχουν οξυγόνο εκεί ακριβώς όπως κάνουν στον ωκεανό για να ζήσουμε».
Η πρόσφατη μελέτη είναι απλώς απόδειξη της ιδέας, αλλά οι επιστήμονες βρίσκονται τώρα στην πορεία προς την προσπάθεια να δοκιμάσουν την τεχνική στα ανθρώπινα υποκείμενα. Στη συνέχεια θα το δοκιμάσουν σε μεγαλύτερα ζωικά μοντέλα που είναι πιο κοντά στους ανθρώπους και δουλεύουν σε τρόπους για να παραδώσει και να λάμψει το φως στα κυανοβακτήρια χωρίς ανοικτή χειρουργική επέμβαση καρδιάς. Θεωρούν μάλιστα ότι γενετικά επεξεργάζονται το Synechococcus για να κάνουν τα critters να απελευθερώσουν περισσότερη ζάχαρη.
Για πολλούς καρδιολόγους, η ρίζα του προβλήματος δεν έγκειται στη διαχείριση των καρδιακών προσβολών μετά την εμφάνισή τους, αλλά στην πρόληψή τους στην πρώτη θέση. "Η θεραπεία των ασθενών μετά από καρδιακή προσβολή, όπως η προσπάθεια να τεθεί κλειδαριά σε έναν αχυρώνα μετά την κλοπή των αλόγων", λέει ο Δρ Naghavi, επισημαίνοντας ότι οι περισσότερες θεραπείες καθυστερούν μόνο την τελική καρδιακή ανεπάρκεια. Αλλά δεδομένου ότι τόσοι πολλοί Αμερικανοί υποφέρουν από καρδιακές προσβολές - και πιθανότατα θα συνεχίσουν να το κάνουν - αναπτύσσοντας καινοτόμες θεραπείες για να τους βοηθήσουν να ανακάμψουν αξίζει ακόμα την προσπάθεια, λέει ο Δρ Cohen.
Ακόμα και κάτι απίθανο να προσπαθήσουμε να αντικαταστήσουμε το αίμα χρησιμοποιώντας κυανοβακτήρια, λέει, θα μπορούσε να βοηθήσει στη διάσωση ζωών. Η πρόκληση, όπως το θέτει, "δεν είναι κάτι που παίρνω ελαφρά".
