科技日報實習記者 張佳欣
美國哈佛大學與埃默里大學研究人員合作，利用人類干細胞來源的心肌細胞制造出一種完全自主的“人造魚”。這種生物混合裝置同時包含生物和人工部分，能通過心肌收縮，在水中游泳超過100天。這一成果有助于開發由活肌肉細胞制成的人造心臟，并為研究心律失常等心臟病提供平臺。相關論文10日發表在《科學》雜志上。
自主游泳的人造魚的示意圖。
圖片來源：Eurekalert網站相關報道
心臟具有兩個功能性調節特征：機械電信號和自動性，研究人員將其轉移到人造斑馬魚裝置內。該裝置的靈感來自于斑馬魚的形狀和游泳動作。人造斑馬魚有兩層肌肉細胞，尾鰭兩邊各有一層。研究人員利用外部光基因刺激控制其肌肉收縮，使它像魚一樣游泳。當一方收縮時，另一方就會伸展。這種伸展會觸發機械敏感蛋白通道打開，從而導致收縮，進而引發伸展，以此類推，形成一個閉合的循環系統，可以推動它自主游泳108天。
研究人員說：“通過兩層肌肉之間的心臟機械電信號，我們重建了每次收縮都會自動循環的系統。”研究結果突出了反饋機制在心臟等肌肉泵中的作用。
研究人員還設計了一個自主起搏節點，就像起搏器一樣，控制自發收縮的頻率和節奏。人造魚的兩層肌肉和自主起搏節點結合在一起，能夠產生連續的、自發的、協調的鰭擺動。
研究論文第一作者、前海洋疾病生物物理學小組博士后樸成進（音譯）說：“因為有了兩種內部起搏機制，我們的魚比以前的活得更長，移動得更快，游泳效率更高。”這一創新為研究心律電信號提供了模型，也為了解竇房結功能障礙和心律失常的病理生理學提供了模型。
這種人造魚的“體能”會隨其“年齡”增加而改善。它的肌肉收縮幅度、最大游泳速度和肌肉協調性在第一個月都隨著心肌細胞的成熟而提高。最終，人造斑馬魚可達到與野生斑馬魚相似的速度和游泳效率。
論文資深作者、哈佛大學應用物理學教授基特·帕克說：“我們的最終目標是建造一顆能夠代替兒童畸形心臟的人造心臟。”
該團隊開發的人造魚建立在之前研究的基礎上。2012年，帕克實驗室使用小鼠的心肌細胞制成人造水母，2016年，他們還用小鼠心肌細胞開發了一種會游泳的人造黃貂魚。下一步，該團隊的目標是用人類心臟細胞制造更復雜的生物混合裝置。
總編輯圈點：
這項研究中的“人造魚”，是利用人類干細胞來源的心肌細胞制造出來的，可謂是人類干細胞研究的成果之一。什么是干細胞？作為一類具有自我復制和分化能力的多潛能細胞，干細胞在一定條件下能夠多向分化為組織細胞，這可是普通細胞所不具備的“特異功能”。利用這種特質，干細胞在研發人造器官、治療遺傳性疾病甚至抗擊傳染病疫情等方面，都展示出無與倫比的潛力。
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