باحثون خلق روبوفيش من خلايا القلب البشري، اختراقات طباعة القلب الاصطناعي

روبوفيش مبنية من خلايا القلب البشرية. (الصورة : الوثيقة rosnach / لي / بارك / باركر)

يمكن لسمكة روبوفيش مبنية من خلايا القلب البشرية، التي تعيش وتسبح مثل الأسماك، أن تمهد الطريق لقلب اصطناعي في المستقبل.

تم إنشاء robofish من قبل الباحثين في جامعة هارفارد ، وهو "هيدريد الحيوي"  الذي يعيد تقلصات العضلات في القلب البشري الذي يضخ لدفع زعنفته الذيل من جانب إلى آخر.

أقل من نصف بوصة في الطول، وهي مصنوعة من زعانف بلاستيكية والعمود الفقري ورقة، ولكن على جانبي اثنين من شرائط من خلايا عضلة القلب التي تعيش عن طريق التعاقد.

الجهاز، الذي يمكن أن يكون مخطئا لسمكة حقيقية عندما ينظر إليها على مرأى من الجميع، مستوحاة من شكل وحركة السباحة حمار وحشي.

بالإضافة إلى تطبيقاتها في مجال الروبوتات، يعتقد العلماء أن إنشائها سيمثل خطوة نحو بناء قلب من صنع الإنسان.

وقال مؤلف الدراسة كيت باركر، في كلية جون أ. بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية في جامعة هارفارد: "هدفنا النهائي هو بناء قلب اصطناعي ليحل محل القلب المعيب لدى الأطفال.

"يركز الكثير من العمل في بناء أنسجة القلب أو القلب، بما في ذلك بعض الأعمال التي قمنا بها، على تكرار الميزات التشريحية أو تكرار نبضات القلب البسيطة في الأنسجة المهندسة."

"ولكن هنا، نستمد إلهام التصميم من الفيزياء الحيوية القلبية، وهو أمر يصعب القيام به. الآن، بدلا من استخدام تصوير القلب كمخطط، حددنا المبادئ الفيزيائية الحيوية الرئيسية التي تجعل القلب يعمل، فضلا عن استخدامها كمعيار تصميم، وتكرارها في نظام، لقمة العيش، وأسماك السباحة، حيث أنه من الأسهل بكثير للعثور عليه. انظروا ما اذا كنا جعله "، وقال باركر.

قام الفريق ببناء أسماكهم البيولوجية المخمورة من خلايا القلب - الخلايا المسؤولة عن إنتاج قوى انقباش في القلب - مشتقة من الخلايا الجذعية البشرية.

الخلايا الجذعية هي خلايا بشرية فقط لديها القدرة على التطور إلى أنواع خلايا متخصصة في الجسم، بدءا من خلايا العضلات إلى خلايا الدماغ.

على عكس الأجهزة السابقة، تحتوي هذه السمكة الحيوية على طبقتين من خلايا العضلات، واحدة على كل جانب من زعنفة الذيل. عندما ينكمش جانب واحد من خلية العضلات، فإنه سوف يسبب الخلايا على الجانب الآخر لتمتد.

هذا تمتد يؤدي البروتينات التي تشجعهم على التعاقد، مما يؤدي إلى امتدادات أخرى، وهلم جرا.

وقال الباحثون إن هذا النظام المغلق الحلقة، الذي لا يتطلب تدخلا بشريا، تمكن من دفع الأسماك لأكثر من 100 يوم.

مثير للإعجاب، كما خلايا القلب ناضجة، واتساع تقلص عضلة السمك، وسرعة السباحة القصوى، وتنسيق العضلات كل زيادة في الشهر الأول.

ووفقا لتقرير الفريق، وصلت أسماك الهيبريدا الحيوية في نهاية المطاف إلى سرعة وفعالية السباحة مماثلة لتلك التي من حمار وحشي في البرية.

يمكن أن يساعد القلب الاصطناعي الذي ينمو من الخلايا الجذعية أيضا الأشخاص الذين يعانون من عدم انتظام ضربات القلب — أي تشوهات نظم القلب التي تجعلهم ينبضون ببطء شديد أو بسرعة كبيرة أو بطريقة غير منتظمة.

"من خلال استخدام إشارة القلب mekano الكهربائية بين طبقتين العضلات، ونحن إعادة إنشاء الدورة التي يتم إنشاء كل انكماش تلقائيا ردا على تمتد على الجانب الآخر"، وقال المؤلف المشارك كيل يونغ لي في جامعة هارفارد. "النتائج تسليط الضوء على دور آليات التغذية المرتدة في مضخات العضلات مثل القلب."

في المستقبل، يهدف الفريق إلى بناء أجهزة بيولوجية أكثر تعقيدا من خلايا القلب البشرية، التي تحاكي القلب البشري بشكل وثيق أكثر من أي وقت مضى.

"يمكنني بناء نموذج القلب من اللعب دوه ، وهذا لا يعني أنني يمكن بناء القلب" ، وقال باركر. "هذا هو التحدي. وهنا نعمل".

في عام 2012، استخدمت مجموعة باركر للفيزياء الحيوية للأمراض خلايا عضلة القلب من الفئران لصنع مضخات بيولوجية مثل قنديل البحر. بعد أربع سنوات، طور الباحثون ستينغراي اصطناعية التي جاءت أيضا من خلايا عضلة قلب الفأر.