Din dorința de a construi o inimă artificială, cercetătorii de la Universitatea Harvard și Universitatea Emory au construit un pește din celule musculare cardiace umane, cultivate în laborator, acoperite cu un strat de gelatină.
Peștele biohibrid se bazează pe cercetările anterioare din laboratorul lui Parker. În 2012, echipa de la Harvard a folosit celule musculare cardiace de la șobolani pentru a construi o pompă biohibridă asemănătoare unei meduze, iar în 2016 Park și colegii săi au dezvoltat o pisică de mare artificială care înoată, de asemenea din celule musculare cardiace de șobolan.
Biomecanica peștilor biohibrizi este cu adevărat specială. Aceștia înoată imitând contracțiile musculare precum cele ale inimii care pompează sânge. Acesta este un prim pas în crearea unei pompe artificiale mai complexe ce oferă un bun început pentru studierea bolilor umane de inimă, precum artimia cardiacă.
Peștele biohibrid se bazează pe cercetările anterioare din laboratorul lui Parker. În 2012, echipa de la Harvard a folosit celule musculare cardiace de la șobolani pentru a construi o pompă biohibridă asemănătoare unei meduze, iar în 2016 Park și colegii săi au dezvoltat o razie artificială care înoată, de asemenea din celule musculare cardiace de șobolan.
Inginerul biomedical Sung-Jin Park a început să lucreze la peștii biohibrizi în calitate de postdoctorand în laboratorul lui Kit Parker de la Școala Paulson de Inginerie și Științe Aplicate de la Harvard. Muncă sa a fost publicată în revista de specialitate Science.
“Principala noastră realizare în această lucrare este că putem construi un mușchi viu care se poate controla singur și își poate regla singur ritmul, fără niciun mecanism de control suplimentar”, spune Park.
Această creație ar putea fi utilizată ca punct de plecare pentru a proiecta stimulatoare cardiace biologice, o alternativă la cele electronice. La nivel conceptual, acestea ar putea fi implantate pacientului pediatric și s-ar putea dezvolta odata cu acesta.
“Scopul nostru final este de a construi o inimă artificială pentru a înlocui o inimă ce prezintă malformații la un copil”, spune Parker, autorul principal al lucrării. “Mai degrabă decât să folosim imagistica inimii ca un plan, identificăm principiile biofizice cheie care fac inima să funcționeze, le folosim ca și criterii de proiectare și le reproducem într-un sistem – un pește viu, care înoată – unde este mult mai ușor să vedem dacă avem succes.”
Acest peste are două straturi de celule musculare, unul pe fiecare parte a cozii. La contracția unei părți, cealaltă se întide, iar întinderea declansează deschiderea unor canale de ioni sensibile la mișcarea mecanică, ceea ce aduce un flux de ioni încărcați și o contracție musculară pe partea cealaltă.
Cercetătorii au proiectat, de asemenea, un “nod de stimulare autonom”, care acționează ca un stimulator cardiac și care controlează frecvența și ritmul contracțiilor. Împreună, cele două invenții generează mișcări spontane, coordonate. Momentan, sistemul poate ține peștele în mișcare pentru 100 de zile. Un aspect important este faptul că acest pește devine mai bun odată cu trecerea timpului. Pe măsură ce celulele cardiomiocite se maturizează, forța de contracție musculară, viteza de înot și coordonarea musculară cresc odată cu prima lună, viteza peștelui ajungând similară cu viteza unui pește zebră.
La început, spun cercetătorii, aceștia au folosit lumina pentru controlul mișcărilor peștilor. După terminarea experimentului, aceștia au lăsat peștele în incubator, uitând de el. La o verificare ulterioară, oamenii de știință au descoperit când au deschis incubatorul, că peștele înota singur având propriul ritm.
Celulele musculare cardiace umane folosite în acest experiment sunt disponibile în comerț. Acestea provin din celule stem pluripotente induse, care sunt derivate din celule cutanate care au fost supuse unei reformulări genetice.
Celulele musculare cardiace umane utilizate în această cercetare sunt disponibile în comerț. Acestea provin din celule stem pluripotente induse, care sunt derivate inițial din celule cutanate.
În teorie, celulele de piele ale oricăruia dintre noi pot fi recoltate și mai apoi transformate în celule pluripotente și ulterior în celule musculare cardiace umane pentru a fi utilizate în crearea unei inimi bio-mecanice pentru pacienți. Este îmbucurător acest experiment, iar stimulatoarele cardiace biologice ar putea fi o alternativă excelentă pentru stimulatoarele cardiace electronice.
Articol de Victoria Nănău
