آخرین مطالب

دستگاه بینش هایی را در مورد پمپ های عضلانی مصنوعی ارائه می دهد، گامی به سوی ساختن قلب مصنوعی —


محققان دانشگاه هاروارد، با همکاری همکاران دانشگاه اموری، اولین ماهی بیوهیبرید کاملا مستقل را از سلول‌های ماهیچه قلب مشتق از سلول‌های بنیادی انسان ساخته‌اند. این ماهی مصنوعی با بازآفرینی انقباضات ماهیچه‌ای یک قلب پمپاژکننده شنا می‌کند و محققان را یک قدم به ساخت پمپ ماهیچه‌ای مصنوعی پیچیده‌تر نزدیک‌تر می‌کند و بستری برای مطالعه بیماری‌های قلبی مانند آریتمی فراهم می‌کند.

کیت پارکر، استاد مهندسی زیستی و فیزیک کاربردی خانواده تار در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان آ. پاولسون (SEAS) گفت: “هدف نهایی ما ساختن یک قلب مصنوعی برای جایگزینی قلب ناقص در کودک است.” نویسنده ارشد مقاله “بیشتر کار در ساخت بافت قلب یا قلب، از جمله برخی از کارهایی که انجام داده ایم، بر تکرار ویژگی های آناتومیکی یا تکرار ضربان ساده قلب در بافت های مهندسی شده متمرکز است. اما در اینجا، ما از بیوفیزیک الهام می گیریم. از قلب، که انجام آن سخت تر است. اکنون، به جای استفاده از تصویربرداری از قلب به عنوان طرح اولیه، ما در حال شناسایی اصول بیوفیزیکی کلیدی هستیم که باعث کار قلب می شود، از آنها به عنوان معیارهای طراحی استفاده می کنیم، و آنها را در یک سیستم، یک زندگی تکرار می کنیم. ماهی شنا، جایی که خیلی راحت‌تر می‌توان فهمید که آیا موفق شده‌ایم.”

این تحقیق در منتشر شده است علوم پایه.

ماهی بیوهیبرید توسعه یافته توسط تیم تحقیقات قبلی گروه بیوفیزیک بیماری پارکر است. در سال 2012، این آزمایشگاه از سلول‌های عضلانی قلب موش‌ها برای ساخت یک پمپ بیوهیبرید شبیه چتر دریایی استفاده کرد و در سال 2016 محققان یک نیش مصنوعی شنا را نیز از سلول‌های عضله قلب موش توسعه دادند.

در این تحقیق، تیم اولین دستگاه بیوهیبرید مستقل ساخته شده از کاردیومیوسیت های مشتق از سلول های بنیادی انسان را ساخت. این دستگاه از شکل و حرکت شنای یک گورخرماهی الهام گرفته شده است. برخلاف دستگاه‌های قبلی، گورخرماهی بیوهیبرید دارای دو لایه سلول‌های ماهیچه‌ای است، یکی در هر طرف باله دم. وقتی یک طرف منقبض می شود، طرف دیگر کشیده می شود. این کشش باعث باز شدن یک کانال پروتئینی حساس به مکانیسم می شود که باعث انقباض می شود، که باعث کشش و غیره می شود و منجر به یک سیستم حلقه بسته می شود که می تواند ماهی را برای بیش از 100 روز به حرکت درآورد.

کیل یونگ لی، محقق فوق دکترا در SEAS و نویسنده اول، می گوید: «با استفاده از سیگنال مکانیکی-الکتریک قلبی بین دو لایه عضله، چرخه ای را بازسازی کردیم که در آن هر انقباض به طور خودکار به عنوان پاسخی به کشش طرف مقابل منتج می شود. از مطالعه “نتایج نقش مکانیسم های بازخورد در پمپ های عضلانی مانند قلب را برجسته می کند.”

محققان همچنین یک گره ضربان خودکار مانند ضربان ساز را مهندسی کردند که فرکانس و ریتم این انقباضات خود به خود را کنترل می کند. با هم، دو لایه عضله و گره ضربان خودکار، ایجاد حرکات پیوسته، خود به خود و هماهنگ و عقب و جلو باله را امکان پذیر کردند.

سونگ جین پارک، عضو سابق فوق دکترا در گروه بیوفیزیک بیماری در SEAS و نویسنده اول این مطالعه می گوید: «به دلیل دو مکانیسم ضربان درونی، ماهی های ما می توانند طولانی تر زندگی کنند، سریع تر حرکت کنند و کارآمدتر از کارهای قبلی شنا کنند. مطالعه. این تحقیق جدید مدلی را برای بررسی سیگنال دهی مکانیکی- الکتریکی به عنوان یک هدف درمانی برای مدیریت ریتم قلب و برای درک پاتوفیزیولوژی در اختلالات عملکرد گره سینوسی دهلیزی و آریتمی قلبی ارائه می دهد.

پارک در حال حاضر استادیار دپارتمان مهندسی بیومدیکال کولتر در موسسه فناوری جورجیا و دانشکده پزشکی دانشگاه اموری است.

برخلاف ماهی در یخچال شما، این ماهی بیوهیبرید با افزایش سن بهبود می یابد. دامنه انقباض عضلانی، حداکثر سرعت شنا و هماهنگی عضلانی آن همگی در ماه اول با بالغ شدن سلول‌های کاردیومیوسیت افزایش یافتند. در نهایت، ماهی بیوهیبرید به سرعت و کارایی شنا شبیه به گورخرماهی در طبیعت دست یافت.

در مرحله بعد، این تیم قصد دارد دستگاه‌های بیوهیبرید پیچیده‌تری را از سلول‌های قلب انسان بسازد.

پارکر می‌گوید: «من می‌توانم یک قلب مدل از Play-Doh بسازم، این بدان معنا نیست که می‌توانم یک قلب بسازم. می‌توانید سلول‌های تومور تصادفی را در ظرفی رشد دهید تا زمانی که به یک توده ضربان‌دار تبدیل شوند و آن را یک ارگانوئید قلبی بنامید. مادام العمر در حالی که همزمان سلول هایش را در حال بازسازی می کند. این چالش است. اینجاست که ما برای کار می رویم.”

این تحقیق توسط David G. Matthews، Sean L. Kim، Carlos Antonio Marquez، John F. Zimmerman، Herdeline Ann M. Ardona، Andre G. Kleber و George V. Lauder تالیف شد.

این کمک تا حدی توسط مرکز ملی پیشرفت علوم ترجمه مؤسسه ملی سلامت UH3TR000522 و مرکز علوم و مهندسی مواد تحقیقاتی بنیاد ملی علوم DMR-142057 حمایت شده است.