ساخت ماهی از سلول‌های قلب انسان

"کیت پارکر" (Kit Parker)، استاد مهندسی زیستی و فیزیک کاربردی از دانشکده مهندسی دانشگاه هاروارد و از نویسندگان اصلی این مقاله، می‌گوید: هدف نهایی ما ساخت یک قلب مصنوعی برای جایگزینی قلب دچار ناهنجاری در کودکان است. بیشتر کارهای انجام شده در ساخت بافت قلب یا خود آن از جمله‌ مواردی که تا کنون انجام داده‌ایم بر شبیه‌سازی ویژگی‌های آناتومی یا شبیه‌سازی ضربان ساده قلب در بافت‌های مهندسی شده تمرکز دارد. اما در اینجا ما از بیوفیزیک قلب الهام می‌گیریم که کار سخت‌تری است. اکنون به جای استفاده از تصویربرداری قلب به عنوان طرح اولیه، ما در حال شناسایی اصول کلیدی بیوفیزیکی هستیم که باعث می‌شود قلب کار کند و از آن‌ها به عنوان معیاری برای طراحی و شبیه‌سازی یک ماهی شناور زنده استفاده می‌کنیم.

ماهی بیوهیبریدی توسط محققان براساس مطالعات قبلی گروه بیوفیزیک بیماری پارکر ساخته شده است. در سال ۲۰۱۲ این آزمایشگاه از سلول‌های ماهیچه‌ای قلب موش برای ساخت یک پمپ بیوهیبرید شبیه به یک عروس دریایی استفاده کرد و در سال ۲۰۱۶ محققان یک لقمه ماهی (stingray) مصنوعی از سلول‌های قلب موش ایجاد کردند.

محققان در این مطالعه اولین دستگاه بیوهیبریدی خودکار را از سلول‌های بنیادی انسان ایجاد کردند. این دستگاه با الهام از شکل و نحوه شنای گورخرماهی ساخته شده است. برخلاف دستگاه‌های قبلی، گورخرماهی بیوهیبریدی دارای دو لایه سلول عضلانی است که در دو سوی باله دم آن قرار دارند. زمانی که یک سمت منقبض می‌شود، طرف دیگر کشیده می‌شود. این کشش باعث باز شدن یک کانال پروتئینی شده و باز شدن این کانال باعث انقباض می‌شود. این فرآیند ادامه پیدا می‌کند و می‌تواند ماهی را برای بیش از ۱۰۰ روز در حرکت نگه دارد.

محققان همچنین یک گره ضربان‌ساز خودکار ایجاد کرده‌اند که فرکانس و ریتم این انقباضات را کنترل می‌کند. این ماهی با افزایش سنش بهبود نیز می‌یابد. دامنه انقباض عضلات، حداکثر سرعت شنا و هماهنگی عضلات همگی در ماه اول با بالغ شدن سلول‌های قلبی بهبود می‌یابند. در نهایت ماهی هیبریدی سرعت و عملکردی شبیه به گورخرماهی واقعی کسب کرد.در گام بعدی این تیم قصد دارند تا دستگاه‌های بیوهیبریدی پیچیده‌تری از سلول‌های قلب انسان بسازند.