有這樣一種“魚”，它們用人類心臟跳動(dòng)的方式游動(dòng)。

　　美國研究人員利用人類干細(xì)胞分化出的心肌細(xì)胞，研發(fā)出了首個(gè)全自動(dòng)生物雜交魚。這種人工魚通過重現(xiàn)心臟跳動(dòng)時(shí)肌肉收縮的方式游動(dòng)。這使研究人員離開發(fā)更復(fù)雜的人工肌肉泵又近了一步，同時(shí)為研究心律失常等心臟疾病提供了一個(gè)平臺。相關(guān)研究近日發(fā)表于《科學(xué)》。

　　“我們的最終目標(biāo)是建造一個(gè)人工心臟來替代兒童畸形的心臟。”哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）教授、論文通訊作者Kit Parker說。

　　Parker指出，包括他們此前已完成的工作在內(nèi)，大多數(shù)構(gòu)建心臟組織或心臟的工作都集中在復(fù)制心臟解剖特征或在工程組織中復(fù)制心臟的簡單跳動(dòng)。“而此次，我們嘗試從心臟生物物理學(xué)中汲取設(shè)計(jì)靈感，當(dāng)然這做起來會更難。我們正在確定使心臟工作的關(guān)鍵生物物理原理，將其作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行復(fù)制再現(xiàn)。”

　　早在2012年，Parker的疾病生物物理學(xué)小組就利用大鼠心肌細(xì)胞構(gòu)建了一個(gè)類似水母的生物雜交泵。2016年，他們又利用大鼠心肌細(xì)胞研發(fā)出一種能夠游動(dòng)的人工黃貂魚。

　　在上述研究的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了第一個(gè)由人類干細(xì)胞分化的心肌細(xì)胞制成的自主生物雜交裝置。該裝置的設(shè)計(jì)靈感來自斑馬魚的形狀和游動(dòng)方式。

　　與此前構(gòu)建的裝置不同，這種生物雜交斑馬魚有雙層肌肉細(xì)胞，尾鰭兩側(cè)各一層。當(dāng)一側(cè)收縮時(shí)，另一側(cè)伸展，而伸展動(dòng)作會觸發(fā)一種機(jī)械敏感性蛋白質(zhì)通道的開放，從而導(dǎo)致收縮，接著又會觸發(fā)拉伸，由此形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，支撐生物雜交魚游動(dòng)超過100天。

　　“利用雙層肌肉間的心臟機(jī)械電信號，我們重新創(chuàng)造了一個(gè)循環(huán)——作為對一側(cè)肌肉細(xì)胞拉伸的反應(yīng)，每一次另一側(cè)都會自動(dòng)收縮。”SEAS博士后、論文共同第一作者Keel Yong Lee說，該研究結(jié)果突出了反饋機(jī)制在心臟等肌肉泵中的作用。

　　此外，研究人員還設(shè)計(jì)了一個(gè)像起搏器一樣的自主起搏節(jié)點(diǎn)，控制肌肉細(xì)胞自發(fā)收縮的頻率和節(jié)奏。雙層肌肉細(xì)胞和自主起搏節(jié)點(diǎn)共同促成了生物雜交魚連續(xù)、自發(fā)、協(xié)調(diào)的前后鰭運(yùn)動(dòng)。

　　這種生物雜交魚會隨著年齡的增長而愈發(fā)完美。因?yàn)樾募〖?xì)胞的成熟，會使其肌肉收縮幅度、最大游動(dòng)速度和肌肉協(xié)調(diào)性在第一個(gè)月均有所增加。最終，這種生物雜交魚達(dá)到了與野生斑馬魚相似的游動(dòng)速度和效果。

　　“通過采用上述兩種內(nèi)部起搏機(jī)制，我們的生物雜交魚比以前研究構(gòu)建的魚活得更長、移動(dòng)速度更快，游動(dòng)效率也更高。”研究小組成員、論文共同第一作者Sung-Jin Park說，該研究為研究機(jī)械電信號作為心律管理的治療靶點(diǎn)，以及竇房結(jié)功能障礙和心律失常等病理生理學(xué)研究提供了一個(gè)新模型。

　　下一步，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃用人類心臟細(xì)胞構(gòu)建更加復(fù)雜的生物雜交系統(tǒng)。（徐銳）