美国大学以人类干细胞制仿生机器鱼 为完善人造心脏铺路

美国大学以人类干细胞制仿生机器鱼 为完善人造心脏铺路
（神秘的美国地球uux.cn报道）据东网：美国哈佛大学与埃默里大学合作研发了一种仿生机械鱼，以人类干细胞培育而成的大学心肌细胞所制，展示了反馈机制在心脏等肌肉泵中的人类人造作用，有望为研制人造心脏，干细治疗患有心律失常人士、胞制替代儿童畸形心脏铺平道路。仿生
该机械鱼不到2厘米长，机器有双层肌细胞，完善尾鳍两侧各有一层，心脏当一侧收缩时，铺路另一侧就会伸展，美国形成非人工闭环系统，大学可持续游动100天以上。人类人造
和其他生物机械人不同，干细机械鱼除了如心脏起搏器一样，胞制可控制自主收缩的频率和节奏，更能随年龄增长，性能不断改进，最终达到与野生斑马鱼相似速度和效率。团队未来目标是用人类心脏细胞制出更复杂、更贴近人类心脏的生物混合装置。研究报告已发表在国际期刊《科学》。
相关报道：由人类心脏细胞制成的生物杂交鱼揭示了心脏的生理学线索
（神秘的地球uux.cn报道）据EurekAlert!：一种能自主游水的生物杂交鱼揭示了肌泵（如心脏）中反馈机制的重要性；对该鱼的设计聚焦于人类心脏的2个关键性的调节特性。这些发现有朝一日或将为开发由活性肌细胞制成人工心脏提供信息。
生物混合系统指的是同时含有生物性和人工成分的装置，它们是研究生物有机体的生理控制机制及发现一系列能解决紧迫问题（包括与人类健康有关的问题）的仿生机器人解决方案的有效方法。然而，当涉及自然液体输送泵（如那些使血液循环的泵）时，生物混合系统的性能素来缺乏。研究人员在此思索，是否能将心脏的两种功能调节特性（即机械电信号和自动节律性）转移到另一种液体输送系统的合成模拟物（即能游动的鱼）中。
Lee等人开发了一种由双层人类心脏细胞构成的能自主游水的鱼；该肌性双层是通过用组织工程技术整合的。Lee 和其团队能通过用外部光遗传学刺激来控制该生物杂交鱼的肌肉收缩，从而使该模拟鱼游动。作者说，在测试中，该生物杂交鱼的游动速度超过了以前的生物杂交肌肉系统。它可在108天内保持自发活性。
作者说，相比之下，配备单层肌肉的生物杂交鱼在第一个月内就会显示活动能力退化。Lee和同事写道，这项研究中的数据展示了肌性双层系统和机械电信号有望成为促进体外肌肉组织成熟的手段。作者断言：“综合来看，在此描述的技术或能代表朝着创建稳态调控及自适应行为控制自动系统目标前进所做的基础工作。”
那些对有关研究趋势感兴趣的记者请注意，这项研究建立在之前于 2016 年 7 月发表在《科学》杂志的一项研究的基础之上；在该研究中，Sung-jin Park 等人用大鼠心脏细胞研制了一种可自行推进的模拟鳐鱼。
相关报道：人类心肌细胞制成“人造鱼” 可自主游泳超百天
（神秘的地球uux.cn报道）据科技日报（张佳欣）：美国哈佛大学与埃默里大学研究人员合作，利用人类干细胞来源的心肌细胞制造出一种完全自主的“人造鱼”。这种生物混合装置同时包含生物和人工部分，能通过心肌收缩，在水中游泳超过100天。这一成果有助于开发由活肌肉细胞制成的人造心脏，并为研究心律失常等心脏病提供平台。相关论文10日发表在《科学》杂志上。
心脏具有两个功能性调节特征：机械电信号和自动性，研究人员将其转移到人造斑马鱼装置内。该装置的灵感来自于斑马鱼的形状和游泳动作。人造斑马鱼有两层肌肉细胞，尾鳍两边各有一层。研究人员利用外部光基因刺激控制其肌肉收缩，使它像鱼一样游泳。当一方收缩时，另一方就会伸展。这种伸展会触发机械敏感蛋白通道打开，从而导致收缩，进而引发伸展，以此类推，形成一个闭合的循环系统，可以推动它自主游泳108天。
研究人员说：“通过两层肌肉之间的心脏机械电信号，我们重建了每次收缩都会自动循环的系统。”研究结果突出了反馈机制在心脏等肌肉泵中的作用。
研究人员还设计了一个自主起搏节点，就像起搏器一样，控制自发收缩的频率和节奏。人造鱼的两层肌肉和自主起搏节点结合在一起，能够产生连续的、自发的、协调的鳍摆动。
研究论文第一作者、前海洋疾病生物物理学小组博士后朴成进（音译）说：“因为有了两种内部起搏机制，我们的鱼比以前的活得更长，移动得更快，游泳效率更高。”这一创新为研究心律电信号提供了模型，也为了解窦房结功能障碍和心律失常的病理生理学提供了模型。
这种人造鱼的“体能”会随其“年龄”增加而改善。它的肌肉收缩幅度、最大游泳速度和肌肉协调性在第一个月都随着心肌细胞的成熟而提高。最终，人造斑马鱼可达到与野生斑马鱼相似的速度和游泳效率。
论文资深作者、哈佛大学应用物理学教授基特·帕克说：“我们的最终目标是建造一颗能够代替儿童畸形心脏的人造心脏。”

(责任编辑：综合)