Napędzają ją komórki ludzkiego serca. Sztuczna ryba może pływać przez nawet 100 dni14.02.2022

Budowa biorobota może okazać się przełomem w kardiologii i transplantologii. 

– Większość prac związanych z odtworzeniem tkanki serca lub całego mięśnia koncentruje się na odwzorowaniu cech anatomicznych za pomocą technik inżynierskich. W tym przypadku czerpiemy inspirację projektową z biofizyki narządu, co jest trudniejsze do wykonania – mówi w oficjalnym oświadczeniu Kit Parker z Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, jeden z autorów projektu.

Naukowiec podkreślił, że dla jego zespołu kluczowe było zidentyfikowanie zasad stojących za mechaniką narządu. Następnie stały się one głównymi kryteriami projektowymi i dokonano ich replikacji w systemie pływającego robota. – W ten sposób łatwiej sprawdzić, czy osiągnęliśmy założone cele – dodaje. 

Głównym budulcem urządzenia były kardiomiocyty pochodzące z komórek macierzystych człowieka. W odróżnieniu od poprzednich urządzeń wykonanych przez zespół badaczy, czyli sztucznych płaszczek i meduz, ryba przypominająca dania pręgowanego ma dwie warstwy tych komórek mięśniowych. Znajdują się one po obu stronach płetwy ogonowej. Skurczenie jednej następuje przy jednoczesnym rozciągnięciu innej. Paralelny proces wyzwala otwarcie mechanowrażliwego (mechanosensitive) kanału białkowego, co z kolei stymuluje system zamkniętej pętli. Dzięki niemu ryba może pływać przez ponad 100 dni. Dla Keela Yonga Lee, członka grupy projektowej, to niezbity dowód na to, że pompy mięśniowe pokroju serca działają na zasadzie sprzężenia zwrotnego.

Biorobot został też wyposażony w autonomiczny węzeł przypominający rozrusznik serca. Służy on do sztucznego stymulowania narządu, ale może też kontrolować częstotliwość i rytm samych skurczów. Dzięki niemu imitacje dania pręgowanego mogły poruszać się z większą prędkością. Duży wpływ na szybkość ryby miał też sam czas. Dopiero po miesiącu, gdy zdążyły dojrzeć, kardiomiocyty zapewniły pożądaną koordynację mięśniową. 

Parker wierzy, że tak efektywne wykorzystanie komórek macierzystych może otworzyć drogę do skuteczniejszych operacji kardiologicznych i transplantologicznych. W sytuacji, gdy nadal brakuje narządów pochodzących od samych dawców, podobne rozwiązania są na wagę złota. Ekspert zastrzega jednak, że ich rozwój nie nastąpi błyskawicznie.

– Mogę zbudować model serca z ciastoliny, ale to nie oznacza, że zbuduję całe serce. Z założenia trudno odtworzyć fizykę systemu, który bije ponad miliard razy w ciągu życia, a jednocześnie na bieżąco odbudowuje swoje komórki. To jest wyzwanie i właśnie w jego kierunku zmierzamy – podsumowuje. 

Ze szczegółowym omówieniem budowy i sposobu działania biorobota można zapoznać się na łamach specjalistycznego periodyku „Science”.