Naukowcy stworzyli rybki napędzane ludzkim mięśniem sercowym. To nie horror, ale kamień milowy w transplantologii
Rybki napędzane komórkami mięśnia sercowego to wbrew pozorom nie koncept z futurystycznego horroru, a kamień milowy w rozwoju transplantologii. Niepozorne "organizmy", wzorowane na akwariowych danio pręgowanych, "przeżyły" w warunkach laboratoryjnych ponad sto dni, a za pracę ich płetw odpowiadały komórki mięśnia sercowego człowieka.
Wyniki przełomowego eksperymentu zostały 10 lutego opisane na łamach magazynu Science. Grupa biofizyków z uniwersytetu Harvarda w Stanach Zjednoczonych stworzyła w pełni autonomiczne biohybrydowe organizmy pod postacią rybek. Same biohybrydowe ryby znane są nauce od lat, jednakże dzieło amerykańskich uczonych jest wyjątkowe, gdyż zostało stworzone z ludzkiego mięśnia sercowego wyhodowanego z komórek macierzystych.
Rybki nie były pierwszą próbą stworzenia biohybrydowego organizmu posiadającego komórki mięśnia sercowego. W 2012 roku interdyscyplinarna grupa naukowców z Uniwersytetu Harvarda stworzyła sztuczny organizm, wyglądem przypominający meduzę, a w 2016 organizm podobny do płaszczki. W obu przypadkach wykorzystano komórki mięśnia sercowego szczura, a stworzone w ten sposób urządzenia “przeżyły” zaledwie kilka dni.
W najnowszej próbie stworzenia biohybrydy "napędzanej" mięśniem sercowym zespół badaczy po raz pierwszy wykorzystał do badań komórki ludzkiego mięśnia sercowego. Tym razem jako inspirację dla kształtu biohybrydowego organizmu wykorzystano dania pręgowanego - popularny gatunek ryby akwariowej, która długością nie przekracza 5 centymetrów. W odróżnieniu od poprzednich urządzeń, w biohybrydowych daniach wykorzystano nie jedną, a dwie warstwy komórek mięśniowych, po jednej na każdą stronę płetwy ogonowej. Kiedy jedna strona kurczyła się, druga rozkurczała. Rozciąganie powoduje otwarcie mechanowrażliwego kanału białkowego, który powoduje skurcz, który powoduje rozkurcz - i w tym momencie cykl zatacza koło. W ciągu 108 dniowego “życia” sztucznej ryby cykl skurczy i rozkurczy powtórzył się 38 milionów razy.
Wykorzystując sercową sygnalizację mechaniczno-elektryczną między dwiema warstwami mięśni, odtworzyliśmy cykl, w którym każdy skurcz następuje automatycznie w odpowiedzi na rozciąganie po przeciwnej stronie. Wyniki [eksperymentu] podkreślają rolę mechanizmów sprzężenia zwrotnego w pompach mięśniowych, takich jak serce.
Keel Yong Lee, współautor badania
Naukowcy z uniwersytetu Harvarda zaprojektowali również autonomiczny węzeł stymulacyjny, budową przypominający rozrusznik, których kontroluje częstotliwość i rytm skurczów w biohybrydowym organizmie. Wspólna praca dwóch warstw komórek mięśniowych i wezła stymulującego pozwoliły na generowanie ciągłych, spontanicznych i skoordynowanych ruchów płetw.
Jak mówi profesor Sung-Jin Park, dzięki dwóm wewnętrznym mechanizmom stymulacji hybrydowe ryby mogą żyć dłużej, poruszać się szybciej i wydajniej niż urządzenia stworzone w poprzednich badaniach.
Ponadto, jak mówią naukowcy, stworzona przez nich ryba biohybrydowa rozwija się wraz z wiekiem, zmieniając amplitudę skurczów mięśni, maksymalną prędkość pływania i koordynację mięśni. Po miesiącu “życia”, rybki osiągnęły prędkość pływania zbliżoną do danio pręgowanego w jego naturalnym środowisku
Jak podaje uniwersytet Harvarda na swojej stronie internetowej, następnym celem zespołu jest stworzenie jeszcze bardziej złożonego urządzenia biohybrydowego, które pozwoli nie tylko zbudować sztuczne serce, ale także lepiej zrozumieć choroby mięśnia sercowego.
