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感受心跳:植入微激光从内部扫描心脏

发布时间:2020年06月24日 13:50   浏览量:

近日,虽然听起来像科幻小说,但圣安德鲁斯大学(University of St Andrews)的研究人员研发出了一种能随着活人心脏跳动的激光,以帮助增加人们对心力衰竭的理解,并开发出更有效的治疗方法。

英国圣安德鲁斯大学物理与天文学院的马塞尔·舒伯特教授和马尔特·盖蒂教授,以及医学院的萨曼莎·皮特教授所领导的一个跨学科科学家团队将微型激光植入单个心脏细胞,并通过分析这些激光产生的光来监测心肌收缩。

通常情况下,医生为了检查病人心脏功能,会去测量病人的脉搏和血压,或者直接做心电图。虽然心电图能够提供关于整个心脏功能和心律的信息,但对心脏各个细节部位发生的情况提供不了太多的信息。超声心动图等精密方法可以提供更多的心脏局部信息,但要探索干细胞或移植组织的治疗,则需要跟踪形成心肌的单个细胞的收缩。

激光广泛应用于生物医学成像,解决越来越精细的生命细节,包括绘制心脏细胞的细节。但由于激光通常体积大且耗电,只能将其置于心脏之外,因此光也只能探测到生物组织的表面,严重限制了它们能看到的深度。

感受心跳:植入微激光从内部扫描心脏

图片来源:圣安德鲁斯大学

在这项最新的研究中,微小的激光被放置在心脏内,扮演着显微镜探针的角色。随着每一次的心脏跳动,这些激光发射出的光的颜色会发生微小但明显的变化,从而精确地记录了心脏细胞随时间的收缩。

舒伯特教授说:“这种颜色的变化让人很吃惊,据信是由心肌细胞的细胞结构发生了一种以前未被发现的变化引起的。”

盖蒂教授则表示,他们的激光所提供的数据与医生记录的心电图类似,但在他们的研究中,该数据包含了单个细胞内部工作机理的信息,比当前其他光学显微镜所能看到的更深。

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图片来源:圣安德鲁斯大学

虽然这项研究仍处于早期阶段,但目前的研究证明,激光可以解决单个活细胞和整个心脏内的快速动态过程。在这种新方法能够在世界各地的研究实验室常规应用之前,还需要做更多的工作,但该团队乐观地认为,细胞内的激光技术将是主流。

研究小组已经在为下一个里程碑而努力,那就是把最近开发的纳米激光变成心脏收缩的光学传感器。这些激光器比目前研究中使用的微激光器小1000倍,将进一步增强其通用性和生物相容性,从而为新方法在长期研究和临床相关心脏治疗中的应用铺平道路。

该研究近日发布在《自然光子学》上。


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