美国科学家研发金纳米线心脏补丁 可提高心肌导电性

2011-9-27 16:55 来源: 科技日报
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  据美国物理学家组织网9月26日(北京时间)报道,美国波士顿儿童医院和麻省理工学院工程与材料专家通过纳米技术,用微细的金线制成了一种心脏补丁,大大提高了现有心脏补丁的导电性,其上的所有心肌细胞都能跳动。研究人员希望这种补丁能帮助修复心脏病发作造成的心肌组织坏死。该论文发表在9月25日的《自然・纳米技术》杂志网络上。

  论文中介绍,在工程心脏组织中添加金线能增强其导电性,是对现有纳米补丁的改良。这种金纳米线平均30纳米粗,2微米至3微米长,肉眼几乎无法看到。经过培养之后,布满金线的补丁上的心肌细胞变得更厚,排列得也更有组织。用电流刺激细胞,会产生一个明显的电压峰值,相邻的心肌细胞束之间的电流活动明显提高。与之对比,没有金纳米线的补丁仅能产生微弱电流,使一束细胞跳动。

  波士顿儿童医院生物材料与药物递送实验室的丹尼尔・克哈尼解释说:“如果没有金纳米线的话,用电极刺激心脏补丁时,它上面的细胞只有受到刺激的地方才会跳动,加入金纳米线以后,许多细胞就会连在一起,即使受到刺激的地方相隔很远,也会一起跳动。这表明组织是导电的。”

  实验还显示,肌钙蛋白Ⅰ(troponin Ⅰ)和连接蛋白43(connexin-43)的产量也提高了。肌钙蛋白Ⅰ能与钙结合并收缩,连接蛋白-43能在细胞之间形成电耦合,在心脏结构形成和同步收缩方面起着重要作用。

  克哈尼认为,纳米线技术可用于制造任何与电刺激相关的组织,包括脑组织和脊髓。选择黄金作为线材是因为它导电性强,易于编织,也是一种人体可容忍材料;而且黄金纤维可以拉得很长,足够通过整个材料基架以支持细胞,还可作为导电栅门。

  经过细胞培养实验后,研究小组打算用活动物测试心脏补丁的功能,以进一步掌握纳米线是怎样加强了电流信号和细胞间连接。目前,他们正计划把这种补丁用于心脏病人的临床试验。

  总编辑圈点

  科学发展史中的许多事例已经证明,往往正是微创手术式的小切口,在日后开辟出影响巨大的深远路径。利用黄金导电性强的金属特性来治疗心脏疾病,从生物材料学的角度上,其实并非极具突破性意义的创新。对于纳米技术而言,可能也只是又一次成功的应用案例。然而谁又能断定这一块看似并不起眼的金纳米“补丁”,不可能为人类护卫自身生命健康的征途中,带来料想不到的飞跃呢?(记者常丽君)