美國大學以人類干細胞制仿生機器魚 為完善人造心臟鋪路

2025-12-08 02:28:30 分類：探索 閱讀(82472)

美國大學以人類干細胞制仿生機器魚 為完善人造心臟鋪路
（神秘的美國地球uux.cn報道）據東網：美國哈佛大學與埃默里大學合作研發了一種仿生機械魚，以人類干細胞培育而成的大學心肌細胞所制，展示了反饋機制在心臟等肌肉泵中的人類人造作用，有望為研制人造心臟，干細治療患有心律失常人士、胞制替代兒童畸形心臟鋪平道路。仿生
該機械魚不到2厘米長，機器有雙層肌細胞，完善尾鰭兩側各有一層，心臟當一側收縮時，鋪路另一側就會伸展，美國形成非人工閉環系統，大學可持續游動100天以上。人類人造
和其他生物機械人不同，干細機械魚除了如心臟起搏器一樣，胞制可控制自主收縮的頻率和節奏，更能隨年齡增長，性能不斷改進，最終達到與野生斑馬魚相似速度和效率。團隊未來目標是用人類心臟細胞制出更復雜、更貼近人類心臟的生物混合裝置。研究報告已發表在國際期刊《科學》。
相關報道：由人類心臟細胞制成的生物雜交魚揭示了心臟的生理學線索
（神秘的地球uux.cn報道）據EurekAlert!：一種能自主游水的生物雜交魚揭示了肌泵（如心臟）中反饋機制的重要性；對該魚的設計聚焦于人類心臟的2個關鍵性的調節特性。這些發現有朝一日或將為開發由活性肌細胞制成人工心臟提供信息。
生物混合系統指的是同時含有生物性和人工成分的裝置，它們是研究生物有機體的生理控制機制及發現一系列能解決緊迫問題（包括與人類健康有關的問題）的仿生機器人解決方案的有效方法。然而，當涉及自然液體輸送泵（如那些使血液循環的泵）時，生物混合系統的性能素來缺乏。研究人員在此思索，是否能將心臟的兩種功能調節特性（即機械電信號和自動節律性）轉移到另一種液體輸送系統的合成模擬物（即能游動的魚）中。
Lee等人開發了一種由雙層人類心臟細胞構成的能自主游水的魚；該肌性雙層是通過用組織工程技術整合的。Lee 和其團隊能通過用外部光遺傳學刺激來控制該生物雜交魚的肌肉收縮，從而使該模擬魚游動。作者說，在測試中，該生物雜交魚的游動速度超過了以前的生物雜交肌肉系統。它可在108天內保持自發活性。
作者說，相比之下，配備單層肌肉的生物雜交魚在第一個月內就會顯示活動能力退化。Lee和同事寫道，這項研究中的數據展示了肌性雙層系統和機械電信號有望成為促進體外肌肉組織成熟的手段。作者斷言：“綜合來看，在此描述的技術或能代表朝著創建穩態調控及自適應行為控制自動系統目標前進所做的基礎工作。”
那些對有關研究趨勢感興趣的記者請注意，這項研究建立在之前于 2016 年 7 月發表在《科學》雜志的一項研究的基礎之上；在該研究中，Sung-jin Park 等人用大鼠心臟細胞研制了一種可自行推進的模擬鰩魚。
相關報道：人類心肌細胞制成“人造魚” 可自主游泳超百天
（神秘的地球uux.cn報道）據科技日報（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。
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。”