Ученые Гарвардского университета и Университета Эмори создали первую полностью автономную биогибридную рыбу-робота, состоящую из клеток сердечной мышцы человека, бумаги и гидрогеля. Устройство весом 25 миллиграммов воссоздает мышечные сокращения работающего сердца, что позволяет ему плавать в воде. Результаты опубликованы в журнале Science.
Узнайте больше в полной версии ➞Ученые изготовили устройство из кардиомиоцитов, полученных из стволовых клеток человека, которое имитирует движение рыбки данио. Биомеханический робот имел хвостовой плавник, состоящий из двух слоев (бислоя) мышечных клеток. Эти слои функционировали в антагонистической манере: когда одна сторона плавника растягивалась, другая сжималась. Растяжение слоя приводило к открытию механочувствительных белковых каналов, которые вызывали последующее сокращение, затем растяжение и так далее. Этот замкнутый цикл обеспечивал 108-дневную автономную работу устройства.
Для вторичного контроля за циклом сокращение-растяжение исследователи построили из кардиомиоцитов аналог синусового узла сердца — G-узел, посылающий электрические сигналы мышцам плавника и выполняющий роль кардиостимулятора. Автономный G-узел и бислой вместе генерировали спонтанные, но скоординированные быстрые движения тела и плавника. В результате рыба-робот, снабженная G-узлом, увеличила скорость плавания до более чем одной длины тела в секунду (15 миллиметров в секунду).
Амплитуда мышечных сокращений, максимальная скорость плавания и координация мышц увеличивались в течение первого месяца по мере созревания кардиомиоцитов. В конце концов, биогибридная рыба достигла скорости плавания, сравнимой со скоростью рыбок данио в дикой природе.
По словам ученых, их технология может служить не только фундаментом для создания сложных самоподдерживающихся биомеханических устройств, но и улучшить понимание работы сердца у человека.