“闪闪的红心”：荧光蛋白助力心律失常研究

干细胞来源的细胞模型在心脏功能障碍研究中扮演越来越重要的角色。慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员成功生产了有助于研究心脏特性的细胞。使用能发光的分子传感器，不仅使细胞的电活动可见，也使得有可能次快速进行细胞类型识别。
在过去十年，在实验室中已经可产生所谓的诱导多能干细胞。这些干细胞是从白细胞衍生的，例如，可在实验室中无限复制，并变成所有可能类型的细胞。例如，这种方式产生的心脏细胞这使得其可用于调查心律紊乱。该用途中动物实验应用，且不能轻易地从患者心脏取组织样本。但是，培养的心脏细胞，提供了一个以“缩影”方式研究此类疾病的机会。
“我们的研究解决了这类细胞模型的几个使用难题，Daniel Sinnecker，KLINIKUM rechts Isar的慕尼黑工业大学心脏病系博士说。实验室生产的心脏细胞仍然存在如何能够好地衡量电活动的问题。在过去，微电极常用于直接确定细胞的电信号。但是这个过程相当繁琐，并且只能对少数细胞使用。
细胞类型之间的差异 此外，并非所有的心脏细胞都是一样的。所有的心脏细胞能够以其自身的节奏收缩，并以电信号转发到相邻小区。另一方面，其中形成所述心脏的各种结构，如心房，腔或窦节点，即心脏的“心脏起搏器”的细胞，彼此显著不同，例如，动作电位方面。细胞内、外部之间的电压变化形成用于控制心脏激发和收缩的过程。
心肌特定区域障碍引起的节律紊乱使得该差值变得关机。从干细胞生成心脏细胞，科学家们今天只能影响细胞变成心室细胞，心房细胞或细胞淋巴结，且并不适非常有效。为了探究特定病症，科学家必须精确每个单独细胞的类型。
生物传感器而不是微电极
Daniel Sinnecker和他的团队《欧洲心脏》杂志文章中为存在问题提供了可能的解决方案。不同于给细胞附着微电极等方法，科学家们使用了生物传感器。这些都是从荧光，i.e.luminous，深海水母蛋白衍生而来。将包含这些传感器蛋白质“construction plans”的DNA导入到心脏细胞中，然后产生所述传感器的蛋白质。给标记的心脏细胞以特定波长的光刺激，它们将在不同波长处产生光。返回的光的精确颜色取决于细胞内部和外部之间的电压差。因此人们可以使用一种特殊的照相机测量和记录单个细胞的动作电位。
这种新方法的一个特殊特征是，插入的DNA可以配上特异性识别序列，所谓启动子。这些保证了传感器蛋白质生产仅在特定类型的心脏肌肉细胞中存在。因此可根据需要只捕获来自心房细胞、心室的细胞或窦房结细胞的电信号。
研究药物毒性的可能性 与现有繁琐微电极技术相比，这种方法提供了显著改进。 “我们已经可以一天调查数百个细胞，而不是只有一小部分，”Chen Zhfen，该研究的作者说。 “这个过程基本上可以自动和按比例增加，使数以千计的细胞可以在同一时间进行研究。”
“在未来，我们可以用我们的方法不仅在实验室中研究疾病，”Sinnecker说。 “我们调查大量的细胞，这意味着我们也可以使用这种方法用于药物研究，例如，我们可以调查药品是否对心肌产生负面影响。”这类新程序挑战是必须制备充足的细胞。Sinnecker和他的团队正在努力提高其方法的灵敏度。