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细菌基因可以增强人体细胞的电流

杜克大学的生物医学工程师已经从细菌中收集了离子通道的基因,通过一些调整,可以在人体细胞中产生和增强电信号,使细胞更具电刺激性。有一天,该技术可用于治疗心律失常或恢复疤痕心脏或神经系统组织的电功能。它也可能对治疗人钠和钙通道中涉及导电性差的各种遗传疾病有用。

细菌基因可以增强人体细胞的电流

在哺乳动物中,控制负责细胞电活动的钠离子通道的基因令人惊讶地大。遗憾的是,在现代基因治疗技术中,通过病毒标准程序很容易将其递送到细胞中。为了解决这个问题,Duke团队在实验室环境中将由细菌基因设计的较小离子通道提供给原代人体细胞。通过替换通道,通常不产生电信号的细胞变得具有电活性,通常产生信号的细胞更强烈地发挥作用。

“在目前的医疗实践中,没有任何办法可以稳定地增加心脏或大脑细胞的电刺激性,”杜克大学生物医学工程教授Nenad Bursac说。“没有药物可以有效地做到这一点,任何可能有帮助的哺乳动物基因对于基因治疗应用来说都太大了。但是,我们的技术使用了更小的细菌离子通道,这些通道在实验室的人体细胞中证明是成功的。我们是目前正在对活体动物进行测试。“

虽然编码钠通道的细菌基因与人类通道不同,但由于多细胞动物在数亿年前与细菌分离,因此进化保留了离子通道设计的许多相似性。

Bursac实验室的博士生Hung Nguyen突变了这些细菌基因,使他们编码的通道可以在人体细胞中发挥作用。

在一项实验中,研究人员将培养细胞放置在几条平行线上,在电活性和非活性细胞之间交替。当在一端受到刺激时,电信号非常缓慢地穿过线路。

然后研究人员向电惰性细胞传递了三个基因:一个用于钠离子通道的细菌基因和两个支持编码钾通道的基因和连接蛋白-43,一种帮助在细胞间穿梭电信号的蛋白质。

当从皮肤,心脏和大脑中取出不可诱导的细胞时,三个基因导致细胞变得具有电活性,当它们越过细线时加速电信号。

Nguyen说:“你可以想象用它来改变心脏病发作后电死的心脏瘢痕组织,以弥合健康细胞之间的间隙。”Nguyen也指出,所有这三种基因都足够小,可以被一种病毒同时传播。

Nguyen和Bursac还表明,编码细菌钠通道的基因本身可以增强已经具有电活性的细胞的兴奋性。在第二个实验中,他们将钠通道基因传递给心肌细胞 - 电活性心脏细胞 - 在模仿各种疾病或压力情况下的情况下,例如心脏病发作。

“在那些病理条件下,这些细胞变得电沉默,”布尔萨克说。“但是当我们添加细菌通道时,我们可以让它们在更严苛的条件下传导电信号。”Nguyen补充说,这项工作有助于越来越多的研究,寻求所谓的“原始”生物,以帮助我们自己的健康。

“有大量的细菌物种,其钠通道可能具有略微不同的电气特性,”Nguyen说。“这些渠道也可以通过修改以传递钙离子。我们正在为其他人开发一个框架,以开始探索这些机会。”“我认为这项工作真的令人兴奋,”布尔萨克说。“我们基本上是从细菌中借用,最终帮助患有心脏病或脑部疾病的人。”

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