Invenția care ne aduce cu un pas mai aproape de construirea unei inimi artificiale

Cercetătorii de la Universitatea Harvard, în colaborare cu colegii de la Universitatea Emory, au dezvoltat primul pește biohibrid, complet autonom, din celule musculare cardiace derivate din celule stem umane. Invenția ne aduce cu un pas mai aproape de construirea unei inimi artificiale

Peștele artificial înoată imitând contracțiile musculare ale unei inimi care pompează și ar putea ajuta la studierea bolilor cardiace precum aritmia.
„Scopul nostru este de a construi o inimă artificială care să înlocuiască o inimă malformată a unui copil”, a declarat Kit Parker, autor principal al lucrării.

„Cea mai mare parte a lucrărilor de construcție de țesut cardiac sau de inimi, se concentrează pe replicarea caracteristicilor anatomice sau pe replicarea simplei bătăi a inimii în țesuturile proiectate. Dar aici, ne inspirăm în materie de proiectare din biofizica inimii, ceea ce este mai greu de realizat. Identificăm principiile biofizice cheie care fac inima să funcționeze și le replicăm.”

Dispozitivul, inspirat de peștele-zebră

Peștele biohibrid dezvoltat de echipă se bazează pe cercetările anterioare ale Grupului de biofizică a bolilor lui Parker. În 2012, laboratorul a folosit celule musculare cardiace de la șobolani pentru a construi o pompă biohibridă asemănătoare unei meduze.

În cadrul acestei cercetări, echipa a construit primul dispozitiv biohibrid autonom realizat din cardiomiocite derivate din celule stem umane. Acest dispozitiv a fost inspirat de forma și mișcarea de înot a unui pește-zebră.

Spre deosebire de dispozitivele anterioare, peștele-zebră biohibrid are două straturi de celule musculare, câte unul pe fiecare parte a cozii. Când o parte se contractă, cealaltă se întinde, notează EurekAlert.

Această întindere declanșează deschiderea unui canal proteic care provoacă o contracție și declanșează o întindere, ceea ce duce la un sistem care poate propulsa peștele timp de peste 100 de zile.

Mecanismul ajută peștii să trăiască mai mult și să se miște mai repede

„În acest fel, am recreat ciclul în care fiecare contracție rezultă automat ca răspuns la întinderea de pe partea opusă”, a declarat Keel Yong Lee, cercetător și co-autorul lucrării publicate în Science, transmite Descoperă. „Rezultatele evidențiază rolul mecanismelor de feedback în pompele musculare, cum ar fi inima”.

Cercetătorii au proiectat, de asemenea, un nod de stimulare autonom, ca un stimulator cardiac, care controlează frecvența și ritmul acestor contracții spontane. Împreună, cele două straturi de mușchi și nodul de stimulare autonom au permis generarea unor mișcări continue, spontane și coordonate, de tip „înapoi și înainte” ale aripioarelor.

„Datorită celor două mecanisme interne de stimulare, peștii noștri pot trăi mai mult, se pot mișca mai repede și înota mai eficient decât în lucrările anterioare”, a declarat Sung-Jin Park, co-autor principal al studiului.

Peștele biohibrid a atins viteze similare cu cele ale peștilor-zebră

„Această nouă cercetare oferă un model pentru investigarea ritmului cardiac și pentru înțelegerea fiziopatologiei și a aritmiei cardiace”.

În plus, amplitudinea contracției sale musculare, viteza de înot și coordonarea musculară, toate au crescut în prima lună, pe măsură ce celulele cardiomiocite s-au maturizat. În cele din urmă, peștele biohibrid a atins viteze și o eficacitate de înot similare cu cele ale peștilor-zebră din mediul natural.

În continuare, echipa își propune să construiască dispozitive biohibride și mai complexe din celule cardiace umane.