Платим блогерам
Блоги
amv212
Группа ученых создала первую полностью автономную биогибридную рыбу, используя клетки сердечной мышцы, выращенные из стволовых клеток человека

реклама

Исследователи сконструировали биогибридную механическую рыбу, которая может плавать с помощью хвостового плавника виляющего из стороны в сторону, за счет работы выращенных в лаборатории мышц человеческого сердца. Этот странного вида биоробот был способен в течение более 100 дней перемещаться в такт сердечных сокращений и ученые надеются использовать эти эксперименты для того, чтобы когда-нибудь выращивать полностью работоспособные человеческие сердца пригодные для пересадки.

Этот гибридный рыбоподобный робот плавает с помощью сердечных клеток человека. Credit: Michael Rosnach, Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker.

 

реклама

Десятки тысячи людей по всему миру  стоят в очереди на пересадку сердца, и лишь немногие из них получают его вовремя. А те, кому посчастливилось получить трансплантат, столкнутся с серьезным риском отторжения нового органа организмом. Выращивание нового сердца в лаборатории с нуля может решить проблемы нехватки и биосовместимости, поскольку трансплантируемый орган будет выращен из собственных клеток пациента.

Впрочем, легче сказать, чем сделать. Ученые всего мира разработали множество методов выращивания реалистичных моделей сердца. В более ранних исследованиях использовалась техника, известная как тканевая инженерия, при которой клетки сердца выращиваются на искусственных опорных каркасах, подобно строительству дома из кирпича и раствора. Однако, хотя эти крошечные модели многообещающе похожи на формирующиеся сердца, они не могут имитировать физиологические реакции здорового сердца человека.

Плавающая искусственная рыба. Source: Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker

 

Исследователи из Гарвардского университета и Университета Эмори поставили перед собой задачу вырастить ткань, которая не только выглядит как сердце, но и бьется как сердце. Они опирались на результаты предыдущего исследования, в котором команда из Иллинойского университета разработала мягкого биоробота в форме ската, плавательные движения которого осуществлялись с помощью более 200 000 кардиомиоцитов - биоинженерных клеток сердца крысы, активируемых световыми импульсами.

На этот раз кардиомиоциты были получены из человеческих стволовых клеток, которыми исследователи покрыли каждую сторону хвостового плавника биогибридной рыбы. Каждый раз, когда мышечная ткань сжималась и разжималась, она открывала ионные каналы, вызывая противоположное движение. В результате простого физического сгибания мышцы активируются и сокращаются.

Таким образом, искусственная рыба является полностью автономной, поскольку она может самостоятельно повторять свои движения независимо от внешних раздражителей. Именно так функционирует и человеческое сердце, получающее минимальные инструкции от мозга.


Биогибридная рыба на крючке. Source: Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker

 

" Задействовав механизмы сердечного механо-электрического обмена между двумя слоями мышц, нам удалось воспроизвести циклический процесс, когда каждое сокращение происходит автоматически в ответ на растяжение с противоположной стороны", - говорит биоинженер Гарвардского университета Кил Йонг Ли.

"Полученные результаты подчеркивают роль механизмов обратной связи в мышечных насосах, таких как сердце".

Со временем колебательные движения биоробота стали ослабевать, но после того, как исследователи установили электрокардиостимулятор, искусственная рыба проплавала более 100 дней.

"Благодаря двум внутренним кардиостимуляторам наша рыба может жить дольше, двигаться быстрее и плавать более эффективно, чем в предыдущих работах", - объясняет исследователь биофизики Сун Джин Парк, один из первых авторов исследования, опубликованного в журнале Science.

Главная идея состоит в том, чтобы на основе этих экспериментов создать искусственную пульсирующую мышцу, которая могла бы заменить части поврежденного человеческого сердца, например, для восстановления органа после перенесенного инфаркта. Однако данная технология еще очень несовершенна для того, чтобы попасть в операционную. Выращивание сердца с нуля для последующей трансплантации - перспектива еще более отдаленная. Но хотя подобные исследования находятся в зачаточном состоянии, их результаты уже весьма обнадеживают.

" Нашей конечной целью является разработка искусственного органа для замены дефектного сердца ребенка", - говорит Кит Паркер, старший автор исследования. "Большинство исследований по формированию сердечной ткани, в том числе и наши некоторые разработки, сфокусированы на воссоздании уникальных функций или воссоздании простого сердечного ритма в сконструированных тканях. В данном случае источником вдохновения для моделирования служит именно биофизика сердца, что гораздо сложнее. Поэтому, вместо того чтобы просто визуализировать сердце, нам нужно определить важнейшие биофизические механизмы работы сердца и использовать их в качестве критериев проектирования, а затем воспроизвести их в организме живой плавающей рыбы, где намного проще понять, удалось ли нам добиться успеха".

Результаты исследования были представлены в журнале Sceince. Биогибридную рыбу можно увидеть в действии на видео ниже.

Исследователи Гарвардского университета создали первую полностью автономную биогибридную рыбу из клеток сердечной мышцы, полученных из стволовых клеток человека. Искусственная рыба плавает, воссоздавая мышечные сокращения сердца, что еще на один шаг приближает исследователей к созданию более сложного искусственного мышечного насоса. Гарвардская школа инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона

Источники: Harvard University
https://www.seas.harvard.edu/news/2022/02/biohybrid-fish-made-human-cardiac-cells-swims-heart-beats
https://www.sciencefocus.com/news/miniature-human-heart-3d-printed-using-stem-cells/
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaf4292

5
Показать комментарии (5)

Популярные новости

Популярные статьи

Сейчас обсуждают