Biohybryda z ludzkiego serca

fot. pexels

Naukowcy z Harvardu i Uniwersytetu Emory stworzyli biohybrydową rybę z ludzkich komórek mięśnia sercowego, która może samodzielnie pływać przez wiele miesięcy, gdy te kurczą się i rozciągają.

To nie pierwszy robot stworzony z komórek serca przez ten zespół badawczy. Kilka lat temu skonstruował on płaszczkę z komórek serca szczura, którą można było sterować za pomocą impulsów światła. Tym razem jednak naukowcy zmodyfikowali komórki mięśnia sercowego pochodzące z ludzkich komórek macierzystych i stworzyli robota, który potrafił samodzielnie pływać.

Biohybrydowa ryba posiada warstwę komórek po obu stronach płetwy ogonowej, które naprzemiennie kurczą się i rozciągają. Za każdym razem gdy mięsień zmienia swój stan, otwiera on wrażliwy na ruch kanał białkowy, uruchamiając ruch naprzeciwległy. Struktura przypominająca rozrusznik serca pomaga utrzymać odpowiednią częstotliwość i rytm, tworząc ciągły system pętli zamkniętej umożliwiającej pływanie o własnych siłach przez ponad 100 dni.

- Dzięki wykorzystaniu sygnalizacji mechano-elektrycznej serca rozpostartej pomiędzy dwiema warstwami mięśni odtworzyliśmy cykl, w którym każdy skurcz pojawia się automatycznie w odpowiedzi na rozciąganie po jego przeciwnej stronie - powiedział Keel Yong Lee, współautor badania - Wyniki naszych prac podkreślają rolę mechanizmów sprzężenia zwrotnego w pompach mięśniowych, takich jak serce.

Zespół twierdzi, że jego konstrukcja poprawiła swoją wyjdaność w ciągu pierwszego miesiąca. Wraz z dojrzewaniem komórek kardiomiocytów wzrastała koordynacja mięśni, amplituda skurczów i prędkość robota. Finalnie biohybryda była w stanie pływać tak szybko i skutecznie jak żywe analogi.

W pracy badaczy nie chodzi jednak o tworzenie lepszych robotów, a o bardziej szczegółowe zrozumienie zasady działania serca, aby być w stanie pomóc w badaniu chorób, takich jak arytmia, a ostatecznie nawet w tworzeniu lepszych sztucznych zamienników mięśnia sercowego lub jego elementów.

- Naszym ostatecznym celem jest zbudowanie sztucznego serca, które zastąpi wadliwy narząd u dziecka - powiedział Kit Parker, starszy autor badania - Większość naszej pracy koncentruje się na replikowaniu cech anatomicznych lub mechanizmu bicia serca w zmodyfikowanych tkankach. Jednak w najnowszych badaniach czerpiemy inspirację bezpośrednio z biofizyki serca, co wydaje się być znacznie większym wyzwaniem. Zamiast wykorzystywać obrazowanie serca jako plan badań, identyfikujemy kluczowe biofizyczne zasady sprawiające, że serce działa, używając ich jako kryteriów projektowych i replikując je w żywym systemie.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Science. Biohybrydowe ryby można natomiast zobaczyć w akcji na poniższym filmie.

 (rr)