Robot-ryba z napędem komórkowym ma pomóc naukowcom w zrozumieniu biofizyki ludzkiego serca

Zespół naukowców z Harvardu i Uniwersytetu Emory, w ramach przerwy od “poważnych badań”, stworzył ciekawą biohybrydę – tj. prostego robota-rybę, napędzanego ludzkimi komórkami mięśnia sercowego. Wiem, brzmi dziwnie – nic na to nie poradzę.
robot-ryba
robot-ryba

Żeby było jeszcze zabawniej – ten sam zespół kilka lat temu stworzył bardzo podobną robo-płaszczkę, napędzaną szczurzymi komórkami mięśnia sercowego, którą można było sterować za pomocą impulsów światła. Rybiego-robota sterować się nie da, ale za to jest on prawdziwym długodystansowcem – według twórców, jest on w stanie pływać samodzielnie przez ponad 100 dni.

Robot z napędem komórkowym – jak to działa?

Właściwie, to nie jest to nic skomplikowanego. Mięśniowe komórki serca kurczą się i rozkurczają, tak? Zatem jeśli utworzymy z nich dwie warstwy, działające naprzemiennie i naniesiemy je na przeciwległe strony sztucznego rybiego ogona, to… no zacznie on działać w ten sam sposób, w jaki działa u prawdziwych ryb.

Żeby zsynchronizować działanie obu warstw, naukowcy dodali do wyhodowanych przez siebie warstw mięśni sercowych kanały białkowe, które reagują na ruch, więc za każdym razem, gdy mięsień się rozciąga lub kurczy, kanał białkowy się otwiera, uruchamiając skurcz drugiej strony. Za odpowiednią częstotliwość i rytm odpowiada miniaturowy układ, działający na tej samej zasadzie, co rozrusznik serca.

— Dzięki wykorzystaniu sygnalizacji mechano-elektrycznej serca między dwiema warstwami mięśni odtworzyliśmy cykl, w którym każdy skurcz pojawia się automatycznie w odpowiedzi na rozciąganie po przeciwnej stronie. Eksperyment ten podkreśla rolę mechanizmów sprzężenia zwrotnego w pompach mięśniowych, takich jak serce – tłumaczy Keel Yong Lee, współautor badania

W całym eksperymencie chodziło głównie o lepsze zrozumienie poszczególnych elementów składowych mięśnia sercowego. Analizując zachowanie komórek mięśniowych, naukowcy chcą stworzyć lepsze modele do badania arytmii i innych schorzeń wynikających z zaburzeń działania mięśnia sercowego. Oprócz studiowania nieprawidłowości, te niecodzienne badania pozwolą badaczom na budowę ulepszonych sztucznych serc.

Czytaj również: Te biomaszyny są w stanie się replikować. Gdzie kończy się maszyna a zaczyna nowe życie?

— Naszym ostatecznym celem jest zbudowanie sztucznego serca, którym można byłoby zastąpić wadliwie działające serca u dzieci. Większość pracy nad budowaniem tkanki serca lub serc, w tym część prac, które wykonaliśmy, koncentruje się na replikowaniu cech anatomicznych lub prostego bicia serca w zmodyfikowanych tkankach. Ale tutaj czerpiemy inspirację z biofizyki serca, co jest trudniejsze. Teraz zamiast używać obrazowania serca jako planu, identyfikujemy kluczowe biofizyczne zasady, które sprawiają, że serce działa, używając ich jako kryteriów projektowych i replikując je w systemie, żywym, pływanie ryb, gdzie o wiele łatwiej jest sprawdzić, czy nam się udało – Kit Parker, starszy autor badania