Исследователи Гарвардского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета Эмори создали первую полностью автономную биогибридную рыбу, изготовленную из клеток сердечной мышцы, полученных из стволовых клеток человека. Искусственная рыба плавает, воссоздавая мышечные сокращения пульсирующего сердца, что еще на один шаг приближает исследователей к созданию более сложного искусственного мышечного насоса и обеспечивает платформу для изучения сердечных заболеваний, таких как аритмия. Исследование опубликовано в журнале Science.
“Наша конечная цель – создать искусственное сердце, которое заменит уродливое сердце у ребенка, – рассказывает Кит Паркер, профессор биоинженерии и прикладной физики семьи Тарр в Гарвардском университете Джона А. Полсона (SEAS) и старший автор статьи. – Большая часть работы над сердечными тканями или сердцами, включая некоторые наши работы, была сосредоточена на воспроизведении анатомических особенностей или воспроизведении простого биения сердца в искусственных тканях. Но здесь мы черпаем дизайнерское вдохновение в биофизике сердца, что сделать гораздо сложнее. Теперь вместо того, чтобы использовать визуализацию сердца в качестве образца, мы определяем ключевые биофизические принципы работы сердца, используем их в качестве критериев дизайна и воспроизводим их в системе, живой плавающей рыбе, где гораздо проще понять, получится ли у нас что-то”.
Сообщается, что биогибридная рыба, разработанная командой, основана на предыдущих исследованиях группы биофизики болезней Паркера. В 2012 году лаборатория использовала клетки сердечной мышцы крысы для создания биогибридного насоса, похожего на медузу, а в 2016 году исследователи создали плавающего искусственного ската также из клеток сердечной мышцы крысы.
В этом исследовании команда создала первое автономное биогибридное устройство, изготовленное из кардиомиоцитов, полученных из стволовых клеток человека. Это устройство было вдохновлено формой и плавательными движениями рыбы-зебры. В отличие от предыдущих устройств, биогибридное устройство зебровой рыбы имеет два слоя мышечных клеток, по одному на каждой стороне хвостового плавника. Когда одна сторона сокращается, другая растягивается. Это растяжение вызывает открытие механочувствительного белкового канала, вызывающего сокращение, которое дает растяжение, и так далее, и так далее, в результате чего получается замкнутая система, перемещающая рыбу в течение более 100 дней.
“Используя сердечную механоэлектрическую сигнализацию между двумя слоями мышц, мы воссоздали петлю, в которой каждое сокращение происходит автоматически в ответ на растяжение на противоположной стороне, – делится Кил Йонг Ли, аспирант SEAS и соавтор исследования. – Полученные результаты подчеркивают роль механизмов обратной связи в мышечных насосах, таких как сердце”.
Исследователи также разработали автономный кардиостимулятор, который контролирует частоту и ритм этих спонтанных сокращений. Вместе два слоя мышц и автономный кардиостимулятор позволили создать непрерывные, спонтанные и скоординированные движения плавников вперед-назад.
