Ученые из Гарвардского и Эморийского университетов создали биогибридную рыбку из клеток сердечной мышцы человека. Робот может автономно плавать в течение нескольких месяцев, пока клетки сокращаются. Проект представляет собой важный шаг на пути к выращиванию функционирующих сердец для пересадки.
Это не первый робот, которого команда собрала из клеток сердца. Несколько лет назад они создали из клеток сердца крыс робота-ската, которым можно было управлять импульсами света. Но для этой новой разработки они использовали клетки сердечной мышцы, полученные из стволовых клеток человека.
Как это работает?
Хитрость заключается в том, что биогибридная рыбка имеет слой сердечных клеток на каждой стороне своего хвостового плавника. Клетки сжимаются по чередующейся схеме. Каждый раз, когда мышца растягивается или сжимается, она открывает белковый канал, чувствительный к движению, который запускает противоположное движение. Узел, подобный кардиостимулятору, помогает поддерживать частоту и ритм, создавая постоянную систему с замкнутым контуром, позволяющую рыбе плавать более 100 дней.
«Используя сердечную механоэлектрическую передачу сигналов между двумя слоями мышц, мы воссоздали цикл, где каждое сокращение автоматически возникает как ответ на растяжение на противоположной стороне. Результаты подчеркивают роль механизмов обратной связи в мышечных насосах, таких как сердце», - говорит Кил Ен Ли, соавтор исследования.
Интересно, что биогибридная рыбка стала лучше в первый месяц работы. По мере созревания клеток повышалась координация мышц, амплитуда сокращений и скорость плавания рыбы. В конце концов биогибрид смог плавать так же быстро и эффективно, как живые рыбки данио.
Зачем это нужно?
Суть эксперимента состоит не в создании биоробота, а в более подробном изучении сердца. Разработка поможет лучше понять и изучить такие заболевания, как аритмия. Также она позволит испытать технологию выращивания рабочих запасных сердец.
«Наша конечная цель - построить искусственное сердце, которое позволит заменить неправильно сформированное сердце у ребенка. Большая часть работы по созданию сердечной ткани или сердца, включая некоторую работу, которую мы проделали, сосредоточена на воспроизведении анатомических особенностей или воспроизведении простого биения сердца в сконструированных тканях. Но здесь мы черпаем вдохновение из биофизики сердца, что труднее сделать. Теперь, вместо того, чтобы использовать визуализацию сердца в качестве плана, мы определяем ключевые биофизические принципы, которые заставляют сердце работать, используя их в качестве критериев дизайна и воспроизводя их в живой плавающей рыбе, по которой гораздо легче увидеть, достигли ли мы успеха», - поясняет Кит Паркер, старший автор исследования.
Исследование было опубликовано в журнале Science.
