Американские исследователи из Гарвардского университета совместно с коллегами из Университета Эмори разработали полностью автономную биогибридную рыбу из клеток сердечной мышцы человека. Она плавает, воссоздавая мышечные сокращения сердца. Это первое устройство подобного рода, ранее учёные экспериментировали с клетками крысы.
О научной работе сообщает пресс-служба Гарвардской школы инженерных и прикладных наук им. Джона А. Полсона. Результаты опубликованы в журнале Science. «Биогибридная рыба продемонстрировала более высокую производительность по сравнению с предыдущими биогибридами и дала представление о том, как механическая и электрическая передача сигналов может быть использована для самостоятельной активации мышц», — сказано в статье.
Дело в том, что в 2012 году та же группа учёных использовала клетки сердечной мышцы крысы для создания биогибридного насоса, похожего на медузу, а в 2016 году разработала плавающего искусственного ската, который также был сделан из крысиных клеток. В отличие от предыдущих устройств (это слово в данном случае применимо, поскольку речь идёт не о живом существе, а биороботе), нынешнее изготовлено из мышечных клеток сердца человека, а те, в свою очередь, получены из его стволовых клеток. Такое было проделано впервые.
Биогибридная рыба имитирует движения рыбки данио. Её хвостовой плавник состоит из двух слоёв мышечных клеток — по одному с каждой стороны. Когда одна сторона сжимается, другая растягивается. При этом открывается белковый канал, который вызывает последующее сокращение, затем — растяжение и т.д. Возникает замкнутый цикл, благодаря которому рыбка-биоробот может автономно двигаться в растворе соли и глюкозы более 100 дней.
Также учёные разработали узел, похожий на кардиостимулятор — он контролирует частоту и ритм этих спонтанных сокращений. Работая вместе, хвостовые мышцы и автономный узел стимуляции создают непрерывные и скоординированные движения плавников вперёд-назад. Благодаря этому биогибридная рыба плавает быстрее и эффективнее, чем предыдущие устройства, созданные американскими исследователями. У неё больше амплитуда мышечных сокращений и лучше координация мышц. В результате биоробот достиг скорости плавания, сравнимой со скоростью рыбок данио в дикой природе. Показатели улучшались в течение первого месяца.
Для чего затеян этот эксперимент? Как объясняют учёные, он улучшит их понимание работы человеческого сердца и приблизит к созданию более сложного искусственного мышечного насоса. Иначе говоря, поможет вырастить сердце. «Теперь мы хотим сделать более сложные биогибридные устройства. А наша конечная цель — создать искусственное сердце, которое могло бы заменить этот орган у ребёнка, родившегося с пороком сердца. Это очень сложный процесс», — говорит профессор биоинженерии Гарвардского университета, руководитель исследования Кит Паркер.
Разработка пригодится и для изучения некоторых сердечных заболеваний — например, таких как аритмия.