研究者は人間の心臓細胞からロボフィッシュを作成し、人工心臓印刷をブレークスルー

ロボフィッシュは人間の心臓細胞から作られています。(写真:ドク・ロスナッハ/リー/パーク/パーカー)

魚のように生きて泳ぐ人間の心臓細胞から構築されたロボフィッシュは、将来的に人工心臓への道を開く可能性があります。

ロボフィッシュは、ハーバード大学の研究者によって作成されました, 人間の心臓の筋肉収縮を再現する「バイオハイドライド」 は、左右に尾ひれを押すためにポンプ.

長さの半インチ以下では、プラスチックフィンと紙の背骨でできていますが、両側には収縮によって生きる心筋細胞の2つのストリップがあります。

平易な光景の中で見ると本物の魚と間違えることができるこの装置は、ゼブラフィッシュの泳ぐ形と動きに触発されました。

ロボット工学への応用に加えて、科学者たちは、その創造が人工心臓の建設に向けた一歩を示すと信じています。

「私たちの究極の目標は、子供たちの欠陥のある心臓を置き換えるために人工心臓を構築することです」と、ハーバード大学のジョン・A・ポールソン工学応用科学部の研究著者キット・パーカーは述べています。

「私たちが行った作業の一部を含む心臓や心臓組織の構築作業の多くは、解剖学的特徴を複製するか、設計された組織の単純な心拍を複製することに焦点を当てています。

「しかし、ここでは、心臓生物物理学からデザインのインスピレーションを引き出します。心臓イメージングを青写真として使用するのではなく、心臓を機能させる重要な生物物理学的原則を設計基準として使用し、それを見つけるのがはるかに簡単なシステム、生きている水泳魚に複製しました。「我々はそれを作るかどうかを確認してください」と、パーカーが言いました。

チームは、ヒト幹細胞由来の心筋細胞(心臓の収縮力を産生する細胞)からバイオヒブリド魚を作製した。

幹細胞は、筋肉細胞から脳細胞に至るまで、体内の特殊な細胞タイプに発展する能力を持つ人間専用の細胞です。

以前のデバイスとは異なり、このバイオヒブリダ魚は、尾ひれの両側に1つずつ、筋肉細胞の2つの層を持っています。筋肉細胞の片側が収縮すると、もう一方の側の細胞が伸びる原因となります。

このストレッチは、他のストレッチを引き起こす収縮を奨励するタンパク質を引き起こします。

研究者によると、人間の介入を必要としないこの閉ループシステムは、100日以上魚を推進することができました。

印象的に、心筋細胞が成熟するにつれて、魚の筋肉収縮の振幅、最大水泳速度、筋肉協調はすべて最初の1ヶ月で増加する。

チームの報告によると、バイオヒブリダ魚は最終的に野生のゼブラフィッシュと同様の水泳の速度と有効性に達しました。

幹細胞から成長した人工心臓は、不整脈を持つ人々を助けることができます - 心臓リズムの異常は、彼らがあまりにもゆっくりと、あまりにも速く、または不規則な方法で鼓動させます。

「2つの筋肉層間の心臓のメカノ電気信号を利用して、反対側のストレッチに応じて各収縮が自動的に生成されるサイクルを再現しました」とハーバード大学の共同執筆者キール・ヨン・リーは述べています。「結果は、心臓などの筋肉ポンプにおけるフィードバック機構の役割を強調しています。

将来的には、ヒトの心臓細胞よりも複雑なバイオヒブリブデバイスを構築することを目指しています。

「私はPlay-Dohのハートモデルを構築することができます、それは私が心を構築することができるという意味ではありません」と、パーカーが言いました。「それが課題です。それが私たちが働いているところです。

2012年、パーカー病生物物理学グループは、マウスの心筋細胞を使用してクラゲのようなバイオヒブリドポンプを作った。4年後、研究者はマウスの心臓筋細胞からも来た人工アカエイを開発しました。