加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的研究人員創(chuàng)造了一種技術(shù)，可以加快并減緩人類心臟細(xì)胞的生長，光照這些細(xì)胞并通過改變強(qiáng)度就能控制它們。

心臟細(xì)胞正在石墨烯中生長，將光轉(zhuǎn)化為電，這是一種更為現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，即傳統(tǒng)的塑料或玻璃實(shí)驗(yàn)室。研究人員認(rèn)為，該方法可用于許多研究和臨床應(yīng)用，包括測試治療藥物，開發(fā)更精確，更少不良影響的特定用途藥物，并創(chuàng)建更好的醫(yī)療設(shè)備，如光控起搏器。

“當(dāng)我們第一次在實(shí)驗(yàn)室里開始工作的時(shí)候，突然間我們發(fā)現(xiàn)有20個(gè)人聚集在一起，喊出'不可能！'之類的東西，并指責(zé)我搞砸了他們。我們以前從未見過這樣的事情，“UCSD的研究科學(xué)家，該研究的第一作者Alex Savchenko在新聞稿中說。

石墨烯是一種具有碳原子網(wǎng)格的半金屬，它是構(gòu)成所有生物體基礎(chǔ)的相同元素。它有能力有效地將光轉(zhuǎn)化為電能，而玻璃和塑料是絕緣體并且不導(dǎo)電。據(jù)研究人員介紹，大多數(shù)生物學(xué)研究依賴于單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞培養(yǎng)物在塑料或玻璃培養(yǎng)皿和培養(yǎng)皿中生長。研究人員注意到，細(xì)胞在石墨烯上生長時(shí)比在實(shí)驗(yàn)室中任何其他材料中生長得都更好，并且更像人體內(nèi)的細(xì)胞。

“但在你的身體里，你看不到許多像塑料或玻璃那樣起作用的材料，”Savchenko說。 “相反，我們是有導(dǎo)向性的。我們的心靈非常擅長導(dǎo)電。在大腦中，電導(dǎo)率使我能夠同時(shí)進(jìn)行思考和談話?！?br>
研究人員通過稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）的中間細(xì)胞類型從捐贈的皮膚細(xì)胞產(chǎn)生了心臟細(xì)胞。然后研究人員可以在石墨烯表面生長iPSC衍生的心臟細(xì)胞。

然而，Savchenko說，需要花費(fèi)一些時(shí)間才能找出最佳的石墨烯基配方。他們必須找到最好的光源和將光傳輸?shù)绞┏叵到y(tǒng)的方式。他們最終想通過改變光的強(qiáng)度來精確控制石墨烯產(chǎn)生的電量。

Savchenko說：“我們對靈活性的程度感到驚訝，石墨烯可以讓你隨意按字母排列細(xì)胞，” “你希望他們快兩倍？沒問題 - 你只是增加光照強(qiáng)度。快三倍？沒問題 - 增加光或石墨烯密度即可。”

研究人員進(jìn)一步測試了該方法，發(fā)現(xiàn)他們可以使用光和分散的石墨烯控制斑馬魚胚胎的心臟活動。他們也為此感到驚訝不已。

“通常情況下，如果你在生物學(xué)中引入一種新材料，預(yù)期情況下你會在這個(gè)過程中看到一定數(shù)量的細(xì)胞死亡，”Savchenko說。 “但在這個(gè)試驗(yàn)中我們沒有看到任何死亡的細(xì)胞。這讓我們有希望能夠在日后測試各種醫(yī)療應(yīng)用時(shí)避免有害問題?！?br>
研究人員稱，石墨烯/光照系統(tǒng)有可能被用于許多醫(yī)療應(yīng)用。例如，研究人員可以通過在石墨烯中生長的心臟細(xì)胞上測試藥物來進(jìn)行藥物篩選。研究人員通過在他們的心臟細(xì)胞中加入美西律（一種治療不規(guī)則心跳的藥物）來測試藥物篩選。由于已知藥物在心率增加時(shí)有效，因此研究人員以不同強(qiáng)度照射石墨烯上的心臟細(xì)胞，以觀察美西律的效果。每次心臟細(xì)胞搏動更快時(shí)，美西律都會抑制它們。

Savchenko和他的研究人員目前正在將他們的研究重點(diǎn)放在心臟細(xì)胞和神經(jīng)元上，但他們希望下一步能夠開發(fā)該系統(tǒng)來測試殺死癌細(xì)胞并使健康細(xì)胞單獨(dú)存活的藥物。他們也希望使用石墨烯來尋找阿片類藥物的替代品。 Savchenko也認(rèn)為由光控制的石墨烯起搏器可能比目前的起搏器模型更安全有效。
 
該研究發(fā)表在“科學(xué)進(jìn)展”雜志上，由國立衛(wèi)生研究院，國家科學(xué)基金會和美國心臟協(xié)會資助。