Создана плавающая рыба из клеток человеческого сердца

Kevin Kit Parker and etc./ Science
Искусственная рыбка данио двигается благодаря тем же принципам, по которым сокращается сердце человека.

Исследователи Гарвардского университета в сотрудничестве с коллегами из Университета Эмори разработали первую полностью автономную биогибридную рыбу из клеток сердечной мышцы, выращенных из стволовых клеток человека. Искусственная рыба плавает, воссоздавая мышечные сокращения работающего сердца.

«Наша конечная цель — построить искусственное сердце. В нашей модели мы черпаем вдохновение для дизайна из биофизики сердца. Теперь вместо того, чтобы использовать внешний вид сердца, мы определяем ключевые биофизические принципы, которые заставляют сердце работать. Их мы используем в качестве критериев проектирования, воспроизводя в живой плавающей рыбе. На такой модели успешность нашей работы увидеть гораздо легче, чем на обычной модели сердца», — сказал Кит Паркер, профессор биоинженерии и прикладной физики, главный автор статьи.

Исследование опубликовано в Science, кратко об открытии пишет EurekAlert!.

Биогибридная рыба (из живой ткани и синтетических материалов) основана на опыте предыдущих исследований этой команды ученых. В 2012 году лаборатория использовала 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 этом исследовании команда создала первое автономное биогибридное устройство, изготовленное из кардиоклеток человека, выращенных из стволовых. Прототипом стала рыбка данио.

Биогибридная рыбка имеет два слоя мышечных клеток, по одному с каждой стороны хвостового плавника. Когда одна сторона сжимается, другая растягивается. Растяжение вызывает открытие чувствительного белкового канала, который сокращает противоположный бок. Так формируется замкнутая система, которая может двигать рыбу более 100 дней.

«Используя сердечную передачу сигналов между двумя слоями мышц, мы воссоздали цикл, в котором каждое сокращение происходит автоматически в ответ на растяжение противоположной стороны», — сказал Кил Йонг Ли, научный сотрудник, соавтор исследования.

Исследователи также разработали своеобразный кардиостимулятор, который контролирует частоту и ритм этих спонтанных сокращений. Вместе два слоя мышц и стимулятор позволяют генерировать непрерывные, спонтанные и скоординированные движения плавников вперед и назад.

Примечательно, что биогибридная рыба может со временем самообучаться. Амплитуда мышечных сокращений, максимальная скорость плавания и координация мышц увеличивались в течение первого месяца по мере созревания клеток кардиомиоцитов. В конце концов биогибридная рыба достигла скорости и эффективности плавания как у рыбок данио в дикой природе. 

В будущем команда планирует создать еще более сложные биогибридные устройства из клеток человеческого сердца.

На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc., запрещённая на территории Российской Федерации