На пути к созданию искусственного сердца, исследователи Гарвардского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета Эмори разработали совершенно автономного биогибрида. Он представляет собой маленькую рыбку, сделанную с использованием клеток сердечной мышцы, полученных из стволовых клеток человека. Искусственная рыбка плавает за счет тех же мышечных сокращений, что и бьющееся сердце. Она служит в качестве платформы для изучения различных заболеваний, таких, как аритмия. И может самостоятельно передвигаться в течение 100 дней. Научная работа опубликована в журнале Science.
«Большая часть работы по созданию сердечной ткани или сердец, сосредоточена на воспроизведении анатомических особенностей или простого биения сердца в инженерных тканях. Мы же почерпнули вдохновение для дизайна из биофизики сердца, что сделать сложнее. Вместо того, чтобы использовать изображение сердца в качестве плана, мы определяем ключевые биофизические принципы, которые заставляют сердце работать, используя их в качестве критериев проектирования и воспроизводя в системе, плавающей рыбке, за счет которой это гораздо легче увидеть», — отметил Кит Паркер, старший автор научной статьи и профессор биоинженерии и прикладной физики семьи Тарр в Гарвардской школе инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS).
Биогибрид, разработанный командой ученых, основан на предыдущих исследованиях болезней сердца группы биофизиков во главе с Паркером. В 2012 году использовали клетки сердечной мышцы крысы для создания биогибридного насоса, похожего на медузу, а в 2016 году исследователи разработали плавающего искусственного ската, также из клеток сердечной мышцы крысы.
В новом исследовании команда создала первое автономное биогибридное устройство, похожее на рыбку данио-рерио, с применением кардиомиоцитов, полученных из стволовых клеток человека. У него два слоя мышечных клеток, по одному с каждой стороны хвостового плавника. Когда одна сокращается, то другая — растягивается. Растяжение вызывает открытие механочувствительного белкового канала, вызывающего сокращение, которое вызывает растяжение и так далее. Это приводит к замкнутой системе, и рыбка может плавать так более 100 дней.
«Используя сердечную механоэлектрическую передачу сигналов, мы воссоздали взаимное сокращение и расслабление в мышечной двухслойной конструкции, где каждое сокращение происходит автоматически в ответ на растяжение пары мышц-антагонистов. Кроме того, мы разработали электрически автономный узел стимуляции, который усиливает спонтанное сокращение», — сказано в научной статье.
Автономный узел кардиостимуляции, похожий на кардиостимулятор для работы сердца, контролирует частоту и ритм спонтанных сокращений. Вместе два слоя мышц и автономный узел стимуляции генерируют непрерывные и скоординированные движения плавника.
При этом биогибридная рыбка с течением времени плавала все лучше. Амплитуда мышечных сокращений, максимальная скорость передвижения и координация мышц увеличивались в течение первого месяца по мере созревания клеток кардиомиоцитов. В конце концов, устройство достигло скорости и эффективности плавания, как у живой рыбки данио.
Теперь команда исследователей хочет создать более сложные биогибридные устройства из клеток человеческого сердца.
Исследователи предлагают выращивать ткани для трансплантации на человекоподобных роботах
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: