杜克大学发现基因改造技术可激活细胞电活性

上一篇 / 下一篇  2011-08-26 20:31:11

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 据美国物理学家组织网近日报道,最近,杜克大学工程师对正常情况下不活跃的细胞进行了基因改造,引入了能形成离子通道的基因,让它们能产生电流并导电。该结果对深入研究生物电行为、开发神经系统和心脏病新疗法具有重要意义,还可用于设计新型传感器来探测疾病和环境毒素等。实验结果发表在《自然—通讯》杂志上。

细胞间通讯能力对心脑组织来说尤其重要,而通讯功能要有电脉冲通过才能实现。离子通道是带电分子或离子进出细胞的门户,可将电流从一个细胞传导到下一个细胞。根据理论预测,要让哺乳动物心脏产生和传导电脉冲,有3种通道至关重要:钾离子通道、钠离子通道和一个间隙连接通道,间隙连接通道是一种支持细胞间电通讯的高度特殊结构。

研究人员引入了这3种特殊的离子通道,让正常情况下没有电活性的细胞产生了电活性。根据小鼠实验,在这些转基因细胞内部和细胞之间,具有修复较大间隙的能力。在实验中,他们设计了一个“S”型的路径,两端是普通的小鼠心脏活细胞群,在两群细胞之间要么充满不活跃细胞,要么充满转基因细胞,再分别对一端的心脏细胞群施加一个电脉冲刺激,在填充不活跃细胞的路径中,电脉冲传过开端心脏细胞后立刻消失了;在充满转基因细胞的路径中,电脉冲很快再生而且传过了3厘米长的“S”路径,引发了另一端细胞群放电;用电脉冲刺激路径中央的转基因细胞,电脉冲会向两个方向传播,激活两端的心脏细胞。此外,研究人员还证明,通过转基因改造能让不活跃的人类肾脏细胞变得活跃。

“心脏病突发会造成心肌损伤形成断路,不能跟周围的健康心肌细胞保持同步。” 杜克大学普拉特工程学院生物医学工程副教授内纳德·伯斯卡说,转基因活性细胞在治疗心脏病发作方面大有前景,还可用于开发治疗活组织紊乱的新疗法。

研究人员还指出,这种工程活性细胞在实验室里很容易培养,它们在基因和功能上都是一致的,如果进一步改造还能改变它们的电性能和结构性质,可以作为研究特殊离子通道的平台,在组织水平上研究生物电行为,测试新药和新疗法的效果等。


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