Ein synthetischer Fisch, der von menschlichen Herzzellen angetrieben wird. Michael Rosnach, Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, Kevin Kit Parker
Um die Geheimnisse des menschlichen Herzens aufzudecken, müssen wir schlau sein.
Und der Bau einer Schule von Roboterfischen, die von menschlichen Herzzellen angetrieben werden, ist nur eine Möglichkeit, dies zu tun.
Eine Schule von Roboterfischen, die mit dieser Technik von einem Forscherteam der Harvard University und der Emory University geschaffen wurde, ist "lebendig geworden": Sie können schwimmen, indem sie die Kontraktionen nachbilden eines pumpenden Herzens. Die Herzzellen in ihrem Körper ziehen sich zusammen und strecken sich, wodurch sich ihre Schwänze autonom bewegen.
Dies zeigt, wie im Labor gezüchtetes Herzgewebe so gestaltet werden kann, dass es einen rhythmischen Schlag auf unbestimmte Zeit aufrechterhält, was die Wissenschaft dem Bau eines künstlichen Herzens einen Schritt näher bringt und eine einzigartige Plattform zur Untersuchung von Herzerkrankungen wie Arrhythmie bietet.
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Wasserherzen schlagen zu ihrer eigenen Trommel
Die Idee hinter den Fischen ist genial einfach: Diese Biohybride auf Zebrafischbasis bestehen aus Papier, Plastik, Gelatine und zwei Streifen lebender Herzmuskelzellen. Ein Streifen verläuft entlang der linken Seite des Roboters, während der andere entlang der rechten Seite verläuft. Wenn sich die Muskelzellen auf einer Seite zusammenziehen, bewegt sich der Schwanz in diese Richtung. Dadurch wird der Fisch durch das Wasser getrieben. Der Muskelzellstreifen auf der gegenüberliegenden Seite dehnt sich in ähnlicher Weise. Diese Dehnung sendet dann ein Signal an die Zellen,wodurch sie sich zusammenziehen, was die Schwimmbewegung aufrechterhält.
Die Forscher schufen auch einen autonomen Stimulationsknoten, ähnlich einem Herzschrittmacher, der die Frequenz und den Rhythmus dieser spontanen Kontraktionen reguliert. Die beiden Muskelschichten und der autonome Stimulationsknoten arbeiten zusammen, um kontinuierliche, spontane und koordinierte Hin- und Herbewegungen zu erzeugen.Flossenbewegungen hervor.
„Wir brauchen keine externe Stimulation“, erklärt Co-First Sung-Jin Park, ein ehemaliger Postdoktorand an der Harvard’s Disease Biophysics Group, in einer Pressemitteilung. „Sie stimulieren sich selbst, sie trainieren von selbst und sie werden stärker."
Dieses geschlossene System kann den Fisch mehr als 100 Tage lang antreiben. Darüber hinaus altern die Biohybridfische wie guter Wein – im Gegensatz zu den Fischen in Ihrem Kühlschrank. Im ersten Monat des Experiments ist die Amplitude der Muskelkontraktionen maximalDie Schwimmgeschwindigkeit und die Muskelkoordination nahmen zu, als die Zellen wuchsen. Der Biohybrid-Fisch erreichte schließlich eine Geschwindigkeit und Schwimmeffizienz, die mit wilden Zebrafischen vergleichbar waren.
Herzbehandlungen der Zukunft
Die Forscher untersuchten auch Daten wie den Rhythmus und die Häufigkeit jeder Kontraktion, die uns helfen könnten zu verstehen, wie die Herzen von Menschen mit Herzrhythmusstörungen oder unregelmäßigen Herzschlägen funktionieren. Darüber hinaus könnten diese Erkenntnisse zur Weiterentwicklung der Schrittmachertechnologie beitragen.
Die Forscher beabsichtigen auch, schließlich ein vollständig funktionierendes Herz zu konstruieren; dies ist jedoch begrenzt, da das Biohybrid-Fischgewebe spontan „schlägt“, ohne sein Verhalten zu kontrollieren. Um solche Nachteile zu überwinden, plant das Team die Schaffung einesals nächstes ein noch komplizierterer biohybrider Organismus, der sich zu lebensechteren künstlichen Herzen entwickelt.
In Zukunft könnten solche biohybriden Robotersysteme sogar in den Weltraum fliegen, da die Forscher glauben, dass sie der perfekte Ansatz sind, um die durch Mikrogravitation verursachte Muskelatrophie oder den Abbau von Muskelgewebe zu untersuchen, der durch die fehlende Schwerkraft im Weltraum verursacht wird, was etwas ist, das gefährlich istAstronauten.Die Möglichkeiten sind wirklich grenzenlos, und diese zappeligen kleinen Fische sind ein ausgezeichneter Ausgangspunkt für größere Durchbrüche.