這條哈佛用心臟細(xì)胞做出的“人造魚”，游了108天，登上Science

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舉報(bào) 2022-02-21

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大數(shù)據(jù)文摘出品

這是一條用人類心臟細(xì)胞做的“人造魚”。

魚尾的左右擺動(dòng)，靠的就是人類干細(xì)胞培育的肌肉。

這條魚在實(shí)驗(yàn)室中“存活”了108天。

心臟細(xì)胞？人造肌肉？一條魚？

這個(gè)世界已經(jīng)發(fā)展到我看不懂的地步了？

這可不是什么不正經(jīng)的歪門邪道研究，而是哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences）的一項(xiàng)最新成果，據(jù)稱，這一突破為心臟疾病研究提供了線索，并可能最終為移植人工心臟的開(kāi)發(fā)鋪平道路。

并且，這項(xiàng)研究還刊登在Science上，論文題目叫「自主游泳的生物雜交魚設(shè)計(jì)與人類心臟生物物理學(xué)」（An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics）。

論文地址：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh0474

用人工制成的人類心臟肌肉提供動(dòng)力，小魚游的歡快

為了更好地模擬人類心臟的跳動(dòng)，哈佛大學(xué)生物工程和應(yīng)用物理學(xué)教授Kit Parker領(lǐng)導(dǎo)的研究小組決定設(shè)計(jì)一款“人造魚”，來(lái)模擬心臟泵血的過(guò)程。

研究人員用人類干細(xì)胞培育出心肌細(xì)胞，然后在這種生物“雜交魚”的尾鰭兩側(cè)排列著干細(xì)胞。每當(dāng)肌肉組織收縮或拉伸時(shí)，它就會(huì)打開(kāi)離子通道，觸發(fā)相反的運(yùn)動(dòng)。

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這種“人造魚”只需要身體彎曲的動(dòng)作就能觸發(fā)肌肉的活動(dòng)和收縮，因此，它是完全自主的，因?yàn)樗梢宰晕已永m(xù)自己的運(yùn)動(dòng)，獨(dú)立于任何外部刺激。

這也正是人類心臟的運(yùn)作方式，從大腦接收最少的指令。

哈佛大學(xué)的生物工程師Keel Yong Lee說(shuō): “通過(guò)利用兩層肌肉之間的心臟機(jī)電信號(hào)，我們重新創(chuàng)造了一個(gè)循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)中，每一次收縮都是對(duì)另一側(cè)肌肉拉伸的自動(dòng)反應(yīng)……研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了反饋機(jī)制在心臟等肌肉泵中的作用。”

隨著時(shí)間的推移，“人造魚”尾巴的擺動(dòng)減弱了，但是在研究人員引入了一個(gè)能釋放有規(guī)律的電脈沖的起搏器之后，這種人造魚繼續(xù)游動(dòng)了108天。

生物物理學(xué)研究人員樸成金(Sung-Jin Park)解釋說(shuō): “由于這兩種內(nèi)部的起搏機(jī)制，我們的魚比以前的研究活得更長(zhǎng)，移動(dòng)更快，游得更有效率?！?/p>

盡管研究還處于初級(jí)階段，但是給人造心臟帶來(lái)希望

全球有無(wú)數(shù)人都在等待心臟移植手術(shù)，但只有55% 的人能及時(shí)接受心臟移植手術(shù)。那些有幸接受心臟移植的患者又面臨著身體排斥新心臟的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

在實(shí)驗(yàn)室里從零開(kāi)始培育一個(gè)新的心臟可以同時(shí)解決短缺和生物相容性問(wèn)題，因?yàn)橐浦驳钠鞴倏梢詮牟∪俗约旱募?xì)胞生長(zhǎng)出來(lái)。

不過(guò)，說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。

世界各地的科學(xué)家設(shè)計(jì)了各種方法來(lái)制作人工心臟模型，過(guò)去的研究使用了一種被稱為組織工程的技術(shù)，即將心臟細(xì)胞培養(yǎng)到人工支撐架上，就像用磚和灰泥建造房屋一樣。

然而，盡管這些微小的心臟模型看起來(lái)像正在發(fā)育的心臟，但它們無(wú)法模擬健康人類心臟的生理反應(yīng)。

哈佛大學(xué)的這項(xiàng)研究就是為了更好的用人工培育的心臟細(xì)胞更好地模擬健康人類心臟的生理反應(yīng)。

“我們的最終目標(biāo)是建立一個(gè)人工心臟來(lái)替換兒童畸形的心臟，”Kit Parker說(shuō)?！按蠖鄶?shù)構(gòu)建心臟組織或心臟的工作，包括我們已經(jīng)完成的一些工作，都集中在復(fù)制解剖學(xué)特征或在工程組織中復(fù)制心臟的簡(jiǎn)單跳動(dòng)。但在這里，我們從心臟的生物物理學(xué)中汲取設(shè)計(jì)靈感，這是很難做到的?，F(xiàn)在，我們不再使用心臟成像作為藍(lán)圖，而是確定使心臟工作的關(guān)鍵生物物理原理，將它們作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在一個(gè)系統(tǒng)中復(fù)制它們，一條活的、會(huì)游泳的魚，在那里我們更容易看到我們是否成功?！?/p>

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