哈佛大学的研究人员与来自埃默里大学的同事合作,开发了第一个全自动合成鱼从人类干细胞来源的心肌细胞。人工鱼游泳的再现注入心脏的肌肉收缩,使研究人员更近一步开发更复杂的人工肌肉泵和提供一个平台来研究心脏疾病如心律失常。
“我们的最终目标是建立一个人工心脏代替心脏畸形的孩子,”Kit帕克说,塔尔家族哈佛大学的生物工程和应用物理学教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)和高级该论文的作者之一。“大部分的工作在构建心脏组织或心,包括一些我们所做的工作,重点是复制解剖特点或复制工程组织简单的心脏的跳动。但在这里,我们图纸设计灵感来自心脏的生物物理学,更难做。现在,而不是使用心脏成像作为一个蓝图,我们识别关键的生物物理原则,使心脏的工作,使用它们作为设计标准,并复制一个系统,一个活生生的,游泳的鱼,它更容易看到如果我们成功。”
合成鱼开发的团队构建之前的研究从帕克的疾病生物物理学。2012年,实验室使用心肌细胞从老鼠到构建一个水母类合成泵2016年,研究人员开发了一个游泳、人造黄貂鱼也来自老鼠心肌细胞。
在这项研究中,团队建立了第一个自主合成设备由人类干细胞衍生的心肌细胞。这个设备的灵感来自于形状和斑马鱼的游泳运动。与以前的设备,肌肉细胞的合成斑马鱼有两层,一个尾鳍的两边。当一方合同,另一个延伸。拉伸触发开设mechanosensitive蛋白质通道,导致收缩,这引发了一段等等等等,导致闭环系统能够推动鱼超过100天。
“利用心脏mechano-electrical两层肌肉之间的信号,我们重新创建循环,每次收缩的结果作为响应自动拉伸另一侧,“李龙骨勇说,海洋和博士后研究员co-first研究》一书的作者。“结果突出反馈机制的作用等肌肉泵的心脏。”
研究人员还设计了自治节点踱来踱去,像一个起搏器,控制这些自发收缩的频率和节奏。在一起,两层的肌肉和自主踱步节点启用生成连续的,自发的,和协调,反复鳍运动。
内部节奏”,因为这两个机制,我们的鱼可以活得更长,移动速度更快,游泳比以前的工作更有效,”说sung jin公园前疾病生物物理学小组做博士后,co-first研究》一书的作者。“这个新的研究提供了一个模型来调查mechano-electrical信号作为治疗目标理解病理生理学的心脏节律管理和窦房结功能紊乱和心律失常”。
公园是目前Coulter生物医学工程系助理教授在乔治亚理工学院和埃默里大学医学院的。
不像一条鱼在你的冰箱,这合成鱼随着年龄的提高。其肌肉收缩振幅最大游泳速度和肌肉协调所有为第一个月增加心肌细胞细胞成熟。最终,合成鱼达到速度和功效类似斑马鱼在野外游泳。
接下来,团队的目标是构建更复杂的合成设备从人类心脏细胞。
“我可以建立一个模型心脏的培乐多彩泥,这并不意味着我可以建立一个心,”帕克说。“你可以在培养皿中一些随机的肿瘤细胞生长,直到他们凝固成一个悸动的肿块,称之为心脏瀑样。这些努力都不是,通过设计,概括系统的物理,跳动在你一生中,超过十亿次的同时重建其细胞。这是一个挑战。这就是我们去工作。”
参考:李·肯塔基州公园SJ,马修斯DG,等。一个自主设计合成鱼游泳与人类心脏生物物理学。科学。2022,375 (6581):639 - 647。doi:10.1126 / science.abh0474
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