◎科技日報實習記者 張佳欣
美國哈佛大學與埃默裡大學研究人員合作，利用人類幹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，在水中遊泳超過100天。這一成果有助于開發由活肌肉細胞制成的人造心髒，并為研究心律失常等心髒病提供平台。相關論文10日發表在《科學》雜志上。
自主遊泳的人造魚的示意圖。圖源：Credit to Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, David G. Matthews, George Lauder, Kevin Kit Parker
心髒具有兩個功能性調節特征：機械電信号和自動性，研究人員将其轉移到人造斑馬魚裝置内。該裝置的靈感來自于斑馬魚的形狀和遊泳動作。人造斑馬魚有兩層肌肉細胞，尾鳍兩邊各有一層。研究人員利用外部光基因刺激控制其肌肉收縮，使它像魚一樣遊泳。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，進而導緻收縮，進而引發伸展，以此類推，形成一個閉合的循環系統，可以推動它自主遊泳108天。
研究人員說：“通過兩層肌肉之間的心髒機械電信号，我們重建了每次收縮都會自動循環的系統。”研究結果突出了回報機制在心髒等肌肉泵中的作用。
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，能夠産生連續的、自發的、協調的鳍擺動。
研究論文第一作者、前海洋疾病生物實體學小組博士後樸成進（音譯）說：“因為有了兩種内部起搏機制，我們的魚比以前的活得更長，移動得更快，遊泳效率更高。”這一創新為研究心律電信号提供了模型，也為了解窦房結功能障礙和心律失常的病理生理學提供了模型。
圖源：Credit to Keel Yong Lee, Sung-Jin Park, David G. Matthews, George Lauder, Kevin Kit Parker
這種人造魚的“體能”會随其“年齡”增加而改善。它的肌肉收縮幅度、最大遊泳速度和肌肉協調性在第一個月都随着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遊泳效率。
論文資深作者、哈佛大學應用實體學教授基特·帕克說：“我們的最終目标是建造一顆能夠代替兒童畸形心髒的人造心髒。”
總編輯圈點
這項研究中的“人造魚”，是利用人類幹細胞來源的心肌細胞制造出來的，可謂是人類幹細胞研究的成果之一。什麼是幹細胞？作為一類具有自我複制和分化能力的多潛能細胞，幹細胞在一定條件下能夠多向分化為組織細胞，這可是普通細胞所不具備的“特異功能”。利用這種特質，幹細胞在研發人造器官、治療遺傳性疾病甚至抗擊傳染病疫情等方面，都展示出無與倫比的潛力。
來源：科技日報
編輯：王宇
稽核：嶽靓
終審：王郁