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

心臟細胞正在石墨烯中生長，將光轉化為電，這是一種更為現(xiàn)實的環(huán)境，即傳統(tǒng)的塑料或玻璃實驗室。研究人員認為，該方法可用于許多研究和臨床應用，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)療設備，如光控起搏器。

“當我們第一次在實驗室里開始工作的時候，突然間我們發(fā)現(xiàn)有20個人聚集在一起，喊出'不可能！'之類的東西，并指責我搞砸了他們。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，它是構成所有生物體基礎的相同元素。它有能力有效地將光轉化為電能，而玻璃和塑料是絕緣體并且不導電。據(jù)研究人員介紹，大多數(shù)生物學研究依賴于單個細胞或細胞培養(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，細胞在石墨烯上生長時比在實驗室中任何其他材料中生長得都更好，并且更像人體內的細胞。

“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，我們是有導向性的。我們的心靈非常擅長導電。在大腦中，電導率使我能夠同時進行思考和談話?！?br>
研究人員通過稱為誘導多能干細胞（iPSC）的中間細胞類型從捐贈的皮膚細胞產生了心臟細胞。然后研究人員可以在石墨烯表面生長iPSC衍生的心臟細胞。

然而，Savchenko說，需要花費一些時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度來精確控制石墨烯產生的電量。

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胞，” “你希望他們快兩倍？沒問題 - 你只是增加光照強度?？烊?？沒問題 - 增加光或石墨烯密度即可?！?br>
研究人員進一步測試了該方法，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，如果你在生物學中引入一種新材料，預期情況下你會在這個過程中看到一定數(shù)量的細胞死亡，”Savchenko說。 “但在這個試驗中我們沒有看到任何死亡的細胞。這讓我們有希望能夠在日后測試各種醫(yī)療應用時避免有害問題?！?br>
研究人員稱，石墨烯/光照系統(tǒng)有可能被用于許多醫(yī)療應用。例如，研究人員可以通過在石墨烯中生長的心臟細胞上測試藥物來進行藥物篩選。研究人員通過在他們的心臟細胞中加入美西律（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有效，因此研究人員以不同強度照射石墨烯上的心臟細胞，以觀察美西律的效果。每次心臟細胞搏動更快時，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放在心臟細胞和神經元上，但他們希望下一步能夠開發(fā)該系統(tǒng)來測試殺死癌細胞并使健康細胞單獨存活的藥物。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“科學進展”雜志上，由國立衛(wèi)生研究院，國家科學基金會和美國心臟協(xié)會資助。