„Wunder der Technik“: Wie ein Roboterfisch Wissenschaftlern helfen kann, ein künstliches Herz zu entwickeln, Details

Eine neue Studie zeigt, dass ein lebender „Robofisch“, der aus menschlichen Herzzellen aufgebaut ist und wie ein Fisch schwimmt, den Weg für künstliche Herzen ebnen könnte. Der „Biohybrid“ reproduziert Muskelkontraktionen eines pumpenden menschlichen Herzens, um seine Schwanzflosse von Seite zu Seite zu drücken.

Es ist weniger als einen halben Zoll lang und besteht aus Plastikflossen und einem Papierrücken, aber auf jeder Seite befinden sich zwei Streifen lebender Herzmuskelzellen, die diese Kontraktionen ausführen. Das Gerät, das bei flüchtigem Betrachten mit einem echten Fisch verwechselt werden könnte, wurde von der Form und Schwimmbewegung eines Zebrafischs inspiriert.

Abgesehen von seinen Anwendungen im Bereich der Robotik glauben die Wissenschaftler, dass ihre Entwicklung einen Schritt zum Bau eines künstlichen Herzens darstellt. "Unser ultimatives Ziel ist es, ein künstliches Herz zu bauen, um ein missgebildetes Herz bei einem Kind zu ersetzen", sagte Kit Parker.

„Die meiste Arbeit beim Aufbau von Herzgewebe oder Herzen, einschließlich einiger Arbeiten, die wir durchgeführt haben, konzentriert sich auf die Nachbildung der anatomischen Merkmale oder die Nachbildung des einfachen Herzschlags in den künstlichen Geweben. Aber hier lassen wir uns von der Biophysik des Herzens inspirieren, was schwieriger ist.“

„Anstatt die Herzbildgebung als Blaupause zu verwenden, identifizieren wir jetzt die wichtigsten biophysikalischen Prinzipien, die das Herz zum Funktionieren bringen, verwenden sie als Designkriterien und replizieren sie in einem System, einem lebenden, schwimmenden Fisch, wo es viel einfacher ist sehen, ob wir erfolgreich sind.' Das Team baute seinen Biohybridfisch aus Kardiomyozyten – den Zellen, die für die Erzeugung der Kontraktionskraft im Herzen verantwortlich sind – die aus menschlichen Stammzellen stammen.

Stammzellen sind spezielle menschliche Zellen, die die Fähigkeit haben, sich zu spezialisierten Zelltypen im Körper zu entwickeln, von Muskelzellen bis hin zu Gehirnzellen. Im Gegensatz zu früheren Geräten hat der Biohybrid-Fisch zwei Schichten von Muskelzellen, eine auf jeder Seite der Schwanzflosse. Wenn sich eine Seite der Muskelzellen zusammenzieht, bewirkt dies, dass sich die auf der anderen Seite dehnen.

Diese Dehnung löst ein Protein aus, das sie dazu veranlasst, sich zusammenzuziehen, was eine weitere Dehnung auslöst und so weiter. Dieses „geschlossene Kreislaufsystem“, das kein menschliches Eingreifen erfordert, ist den Forschern zufolge in der Lage, den Fisch mehr als 100 Tage lang voranzutreiben. Beeindruckenderweise nahmen die Muskelkontraktionsamplitude, die maximale Schwimmgeschwindigkeit und die Muskelkoordination des Fisches im ersten Monat zu, als die Kardiomyozytenzellen reiften.

Schließlich erreichte der Biohybrid-Fisch Geschwindigkeiten und Schwimmeffizienz ähnlich wie Zebrafische in freier Wildbahn, berichtet das Team. Ein aus Stammzellen gezüchtetes künstliches Herz könnte Menschen mit Arrhythmien helfen – einer Anomalie des Herzrhythmus, die dazu führt, dass es zu langsam, zu schnell oder auf andere Weise unregelmäßig schlägt.

„Durch die Nutzung der mechano-elektrischen Herzsignalübertragung zwischen zwei Muskelschichten haben wir den Zyklus nachgebildet, in dem jede Kontraktion automatisch als Reaktion auf die Dehnung auf der gegenüberliegenden Seite erfolgt“, sagte Keel Yong Lee. "Die Ergebnisse unterstreichen die Rolle von Feedback-Mechanismen in Muskelpumpen wie dem Herzen."

Quelle: dailymail.co.uk

Folgende Artikel werden Sie auch interessant finden:

„Neuer Star“: Durch sein Aussehen wurde die Perserkatze in sozialen Netzwerken berühmt

„Neuer Freund“: sieht der Roboterhund Aibo ausWie, der ein echter Kamerad werden kann

„Nachbarschafts-Safari“: Gepard beschloss, zu den Nachbarn zu gehen und mit ihrem Kind zu spielen