心脏是人体器官中最重要的部分。从人类诞生的那一刻起，心脏就在不停地跳动。同时，心肌细胞也在不断地“运动”，就像一个“肌肉泵”，把血液泵到全身。
最近，研究团队，在哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的Kevinkitparker的带领下，从生物物理学中获得了设计灵感，并从人类干细胞衍生的心肌细胞中开发出了第一条全自主生物杂交鱼。这种人工鱼可以通过重建跳动的心脏的肌肉收缩来游泳。它能游多天，速度堪比真鱼！
这项工作是生物技术领域的重大突破，不仅使科学家们更接近于开发更复杂的人工心脏，也为研究心律失常等心脏疾病提供了良好的平台。该研究成果发表在《科学》杂志上，标题为“一种自主游动的生物杂交鱼设计EdwinThumancardiacbiophysics”。本文通讯作者是哈佛大学SEAS生物医学工程系助理教授KevinKitParker。
事实上，研究团队开发的这种生物杂交机器鱼是基于以前的研究。早在年和年，KevinKitParker教授带领团队利用大鼠心肌细胞制作了一种类似水母的生物混合泵和游泳人工*貂鱼。
1.研究团队制造的人造水母()和人造*貂鱼()
泡沫塑料纸明胶=生物杂交人工鱼，游泳速度堪比野生斑马鱼！
在这项研究中，KevinKitParker教授的团队从斑马鱼的形状和游泳动作中获得灵感，从干细胞中提取了两种人类心肌细胞，并用塑料、纸张和明胶制成了一种生物杂交斑马鱼，这是第一个由人类干细胞衍生的心肌细胞制成的自主生物混合装置，用于推动它们在水中航行。
图二。生物杂交人工鱼的生产
生物杂交斑马鱼有两层心肌细胞，尾鳍两侧各一层。当挤压一侧时，另一侧被拉伸，触发反馈机制，导致被拉伸的一侧收缩，然后在另一侧触发相同的机制，持续循环。这种异步肌肉收缩系统是基于昆虫飞行肌肉。
图3。生物杂交人工鱼的工作机理
即拉伸会触发机械敏感蛋白通道的开启，进而导致收缩，形成自主运动的拉伸-收缩循环。通过使用两层肌肉之间心脏的机械电信号，研究团队重建了每次收缩自动生成的循环，作为对另一侧拉伸的响应，这类似于心脏等肌肉泵中反馈机制的功能。
此外，研究人员还设计了一种自主起搏节点，如起搏器，它控制这些自发收缩的频率和节奏。正是这两层心肌细胞和自主起搏节点共同实现了人工鱼连续、自发、协调的前后鳍运动。
“由于这两种内部起搏机制，研究团队研制的人工鱼可以在营养液中快速自主地游动，寿命超过天！值得一提的是，随着心肌细胞的成熟，这种生物杂交鱼的肌肉收缩、肌肉协调性和游泳速度都会有很大的提高。最终，这种人工鱼可以游得和野生斑马鱼一样快。此外，研究团队还可以利用光线来调整自己的机动性。
从合成鱼到治愈心灵
不难发现，上述生物杂交人工鱼继承了心脏的两个关键特征：无意识输入的自发行动(自动性)；以及由机械运动(机械电信号)发起的消息传输。
接下来，该团队的目标是利用人类心脏细胞构建更复杂的生物混合设备。KevinKitParker说：“我们的最终目标是开发一种人造心脏来替代儿童畸形的心脏。”这看起来很简单，但要制造一个具有真正心脏功能的设备仍然是一个严峻的挑战。
“我可以用Play-Doh做一个心脏模型，但这并不意味着我可以做一个心脏。”帕克解释说，“你可以在培养皿中培养一些随机的肿瘤细胞，直到它们凝结成一个跳动的肿块，这个肿块被称为心脏器官。所有这些努力都无法涵盖一个在你的生命周期中跳动超过10亿次的系统的物理特征。这就是挑战。这是我们面临的问题。”
参考资料：
KevinKitParker，anaautonomouslyswimmingbiohybridfishdesignedwithhumancardiacbiophysics，Science().doi:10./Science.abh。